DE102011001468B3 - Device useful for dosing predefinable amount of medium into target system comprises reservoir, dosing chamber connected with reservoir, first valve, device for producing negative pressure and second valve - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dosierung einer vorbestimmbaren Menge eines Mediums in ein Zielsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur hygienischen Aufbereitung medizinischer oder zahnmedizinischer Instrumente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The present invention relates to a device for dosing a predeterminable amount of a medium in a target system according to the preamble of claim 1, a device for hygienic preparation of medical or dental instruments according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Dosierung kleinster Mengen eines Mediums bekannt, die auf volumenbasierter oder auf zeitgesteuerter Dosierung beruhen. Derartige Dosierverfahren werden auch in Geräten zur Aufbereitung von Hand- und Winkelstücken für Dentalbehandlungen verwendet.Methods for dosing minute amounts of a medium based on volume-based or timed dosing are known in the prior art. Such metering methods are also used in devices for the preparation of handpieces and contra-angles for dental treatments.
Aus dem US-amerikanischen Patent
Prinzipiell sind auch andere volumenbasierte Dosiersysteme wie etwa Schlauch- oder Zahnradpumpen denkbar. Ein Vorteil aller Systeme mit volumenbasierter Dosierung ist die weitgehende Unabhängigkeit der Dosiermenge von der Viskosität und damit von der Temperatur des zu dosierenden Mediums. Nachteilig ist jedoch das Vorhandensein beweglicher Teile mit und ohne Medienkontakt. Dies bedingt erhöhte Anforderungen sowohl an Wartung und Pflege als auch an die Medienbeständigkeit der eingesetzten Materialien. Ein weiterer Nachteil besteht in der endlichen Miniaturisierbarkeit. Parameter wie Totvolumen, Entlüftung und Dichtigkeit unterliegen bestimmten Restriktionen, die – besonders bei der Dosierung kleinster Mengen – die Umsetzbarkeit einer volumendosierten Dosierung zumindest im Rahmen verhältnismäßiger Kosten begrenzen.In principle, other volume-based metering systems such as hose or gear pumps are conceivable. An advantage of all systems with volume-based dosing is the fact that the dosing quantity is largely independent of the viscosity and thus of the temperature of the medium to be dosed. However, a disadvantage is the presence of moving parts with and without media contact. This requires increased demands on both maintenance and care as well as the media resistance of the materials used. Another disadvantage is the finite miniaturization. Parameters such as dead volume, deaeration and tightness are subject to certain restrictions, which limit the feasibility of a metered dose, at least in the context of relatively high costs, especially when metering the smallest amounts.
Ein weiterer Nachteil derartiger Kolbendosierer besteht in ihrem Aufbau aus einer Vielzahl von Einzelteilen, Dichtelementen sowie Rückschlagventilen. Bei diesen Einzelteilen werden hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit gestellt, was mit entsprechend hohen Herstellungskosten verbunden ist.Another disadvantage of such piston dispensers consists in their construction of a variety of items, sealing elements and check valves. These items are made high demands on the manufacturing accuracy, which is associated with correspondingly high production costs.
Um auf bewegliche Teile verzichten zu können, ist aus dem Stand der Technik eine zeitgesteuerte Dosierung eines zu dosierenden Mediums bekannt. Hierbei wird ein Ventil unter einem angelegten Über- oder Unterdruck zeitgesteuert geöffnet und wieder geschlossen. Über die Variation und Kontrolle der Parameter Druck, Zeitfenster und Durchfluss wird eine entsprechende Dosierung des Mediums vorgenommen. Ein Nachteil derartiger Systeme mit zeitbasierter Dosierung ist jedoch die Abhängigkeit der Dosiermenge von der Viskosität und damit von der Temperatur des zu dosierenden Mediums.In order to dispense with moving parts, a time-controlled metering of a medium to be metered is known from the prior art. In this case, a valve is timed opened under an applied positive or negative pressure and closed again. About the variation and control of the parameters pressure, time window and flow a corresponding dosage of the medium is made. However, a disadvantage of such systems with time-based metering is the dependence of the metered amount on the viscosity and thus on the temperature of the medium to be metered.
Eine derartige zeitgesteuerte Dosierung wird unter anderen in Apparaten zum Reinigen, Desinfizieren und Schmieren zahnärztlicher Handstücke eingesetzt, die in den europäischen Patenten
Grundsätzlich gilt, dass eine exakte Dosierung umso schwieriger ist, je größer die zu erwartenden Temperaturschwankungen in einem System sind, da damit auch entsprechende Viskositätsschwankungen des zu dosierenden Mediums einhergehen. Zur Dosierung von Medien mit einer stark temperaturabhängigen Viskosität sind daher zeitgesteuerte Dosierungen nicht mehr genau möglich.As a general rule, the greater the expected temperature fluctuations in a system, the more difficult it is to achieve an exact dosage, since this also involves corresponding viscosity fluctuations of the medium to be dispensed. For dosing of media with a strong temperature-dependent viscosity, therefore, timed dosages are not exactly possible.
Grundsätzlich ist es zwar denkbar, Temperatur oder Viskosität als zusätzliche Verfahrensparameter zu kontrollieren, dies ist jedoch sehr aufwendig und bei der Dosierung von Kleinstmengen in praktischer Hinsicht fast unmöglich. Denn dann wären mitunter extrem kurze Schaltzeiten der jeweils eingesetzten Ventile erforderlich, wodurch weitere technische Restriktionen und ein höherer Materialverschleiß aufträten.In principle, it is conceivable to control temperature or viscosity as additional process parameters, but this is very expensive and virtually impossible in the metering of very small amounts in practical terms. Because then sometimes extremely short switching times of the valves used in each case would be required, causing more technical restrictions and higher material wear occurred.
Der als
Das europäische Patent
Aus der europäischen Patentanmeldung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile einer volumenbasierten oder einer zeitgesteuerten Dosierung kleiner Mengen eines Mediums zu überwinden und eine Vorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben, mittels derer kleine Mengen eines Mediums variabel und reproduzierbar dosiert werden können.The present invention has for its object to overcome the known from the prior art disadvantages of a volume-based or a timed dosing small amounts of medium and to provide an apparatus and a method by means of which small amounts of a medium can be variably and reproducibly dosed.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine derartige Vorrichtung zur Dosierung einer vorbestimmbaren Menge eines Mediums in ein Zielsystem weist mindestens einen Vorratsbehälter für ein Medium, eine mit dem Vorratsbehälter verbundene Dosierkammer, welche im betriebsbereiten Zustand auch mit einem Zielsystem verbunden ist, ein erstes Ventil zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks, die in Strömungsverbindung mit der Dosierkammer gebracht werden kann, und ein zweites Ventil zwischen der Dosierkammer und dem Zielsystem auf. Durch das zweite Ventil kann die Dosierkammer beispielsweise nach Erzeugung eines Unterdrucks in der Dosierkammer von der Umgebung getrennt werden und so zeitweise als ein unter Unterdruck stehender, in sich abgeschlossener Raum existieren.This object is achieved by a device having the features of claim 1. Such a device for metering a predeterminable amount of a medium into a target system has at least one reservoir for a medium, a metering chamber connected to the reservoir, which is also connected to a target system in the ready state, a first valve between the reservoir and the metering chamber, a A device for generating a negative pressure, which can be brought into fluid communication with the metering chamber, and a second valve between the metering chamber and the target system. By means of the second valve, the dosing chamber can be separated from the environment, for example after the generation of a negative pressure in the dosing chamber, and thus temporarily exist as a self-contained space under negative pressure.
Der in diesem Zusammenhang gebrauchte Begriff Verbindung” stellt sowohl eine direkte, unmittelbare Verbindung zweier Elemente miteinander dar als auch eine über eine Rohrleitung oder vergleichbare Zwischenstücke realisierte Verbindung. Dabei ist die Verbindung zweier Elemente stets mit der Ausbildung einer (gegebenenfalls unterbrechbaren) Strömungsverbindung zwischen den miteinander verbundenen Elementen verknüpft. Das heißt, immer dann, wenn eine Verbindung zwischen zwei Elementen in direkter oder indirekter Weise besteht, kann auch grundsätzlich eine Strömungsverbindung zwischen diesen Elementen etabliert werden.The term "connection" used in this context represents both a direct, direct connection of two elements with one another, as well as a connection realized via a pipeline or comparable intermediate pieces. The connection of two elements is always linked to the formation of a (possibly interruptible) flow connection between the interconnected elements. That is, whenever there is a connection between two elements in a direct or indirect manner, a flow connection between these elements can also be established in principle.
Die erfindungsgemäß beanspruchte Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks dazu dient, bei geschlossenem erstem Ventil einen Unterdruck in der Dosierkammer anzulegen. Dadurch wird eine vorbestimmbare Druckdifferenz zwischen der Dosierkammer und dem Vorratsbehälter erzeugt. Diese Druckdifferenz bleibt auch bestehen, wenn die Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks wieder von der Dosierkammer getrennt wird bzw. wenn eine Strömungsverbindung zwischen der Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks und der Dosierkammer unterbrochen wird.The inventively claimed device is characterized in that the means for generating a negative pressure is used to apply a negative pressure in the metering chamber when the first valve is closed. As a result, a predeterminable pressure difference between the metering chamber and the reservoir is generated. This pressure difference also remains when the means for generating a negative pressure is again separated from the metering chamber or when a flow connection between the means for generating a negative pressure and the metering chamber is interrupted.
Darüber hinaus ist das erste Ventil dafür vorgesehen und eingerichtet, solange geöffnet zu werden, bis die zuvor erzeugte Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer durch das Einströmen von in dem Vorratsbehälter befindlichen Medium ausgeglichen ist, wenn das zweite Ventil geschlossen ist, also das Zielsystem von der Dosierkammer strömungstechnisch getrennt ist. Dieses Einströmen erfolgt also erst dann, wenn keine Strömungsverbindung mehr zwischen der Dosierkammer und dem Zielsystem und insbesondere auch nicht mehr zwischen der Dosierkammer und der Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Dosierkammer besteht.In addition, the first valve is provided and arranged to be opened until the previously generated pressure difference between the reservoir and the metering chamber is balanced by the inflow of medium in the reservoir when the second valve is closed, ie the target system of the metering chamber is fluidically separated. This inflow takes place only when there is no flow connection between the metering chamber and the target system and in particular no longer between the metering chamber and the device for generating a negative pressure in the metering chamber.
Eine geeignete Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks ist beispielsweise eine gewöhnliche Vakuumpumpe, wobei deren technischer Aufbau für die Zwecke der vorliegenden Erfindung weitgehend unerheblich ist. Eine andere geeignete Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks ist eine Venturi-Düse, die beispielsweise mithilfe einer Druckluftquelle betrieben werden kann.A suitable device for generating a negative pressure, for example, a conventional vacuum pump, wherein the technical structure for the purposes of the present invention is largely irrelevant. Another suitable means for generating a negative pressure is a Venturi nozzle, which can be operated for example by means of a compressed air source.
Eine Öffnung des ersten Ventils über einen solchen Zeitraum, dass die Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer durch Einströmen von Medium ausgeglichen werden kann, räumt die Probleme, die mit einer zeitgesteuerten Ventilöffnung einhergehen, aus. Denn auf diese Weise ist es möglich, auch bei verhältnismäßig langen Ventilöffnungszeiten dennoch nur geringe Mengen eines Mediums durch das Ventil hindurchströmen zu lassen, da die Menge des durchströmenden Mediums nicht von der Ventilöffnungszeit, sondern von der Druckdifferenz zwischen den über das Ventil miteinander verbundenen Räumen bestimmt wird.An opening of the first valve for such a period of time that the pressure difference between the reservoir and the metering chamber can be compensated by inflow of medium, eliminates the problems associated with a timed valve opening. Because in this way it is possible, even with relatively long valve opening times still allow only small amounts of a medium to flow through the valve, since the amount of medium flowing through not determined by the valve opening time, but by the pressure difference between the interconnected via the valve chambers becomes.
Auf diese Weise lassen sich auch temperaturbedingte Viskositätsunterschiede des zu dosierenden Mediums ausgleichen. Denn wenn das Zeitfenster der Ventilöffnung derart groß bemessen wird, dass auch bei der größten anzunehmenden Viskosität des zu dosierenden Mediums noch ein entsprechender Druckausgleich stattfinden kann, spielt die Viskosität des zu dosierenden Mediums bei der Dosierung nur noch eine vernachlässigbare Rolle. Zwar existiert noch grundsätzlich ein Reibwiderstand in den Leitungen, die vom dosierenden Medium durchströmt werden, jedoch hat dieser – insbesondere dann, wenn die Länge der Leitungen konstruktiv minimiert wird – nur noch einen sehr geringen Einfluss. Mit einem entsprechenden Zeitpuffer lässt sich so auch die Dosierung von Kleinstmengen eines zu dosierenden Mediums mit temperaturabhängiger Viskosität problemlos bewerkstelligen.In this way, temperature-induced differences in viscosity of the medium to be dispensed can be compensated. For if the time window of the valve opening is sized so large that even with the largest assumed viscosity of the medium to be metered, a corresponding pressure equalization can take place, the viscosity of the medium to be metered in the dosage only a negligible role. Although there is still a frictional resistance in the lines, which are flowed through by the metering medium, but this has - especially if the length of the lines is minimized constructive - only a very small impact. With a corresponding time buffer, the metering of very small amounts of a medium with temperature-dependent viscosity can be easily accomplished.
Ist beispielsweise eine Ventilöffnungszeit von 0,5 Sekunden auch bei verhältnismäßig großer Viskosität des zu dosierenden Mediums ausreichend, um einen entsprechenden Druckausgleich zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer zu bewerkstelligen, kann unter Ansatz eines entsprechenden Sicherheitspuffers” eine Ventilöffnungszeit von etwa 2 Sekunden vorgegeben werden. Dann ist sichergestellt, dass auch bei noch größerer Viskosität des zu dosierenden Mediums eine ausreichend lange Ventilöffnungszeit zur Verfügung steht, um einen Druckausgleich zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer zu gewährleisten. For example, if a valve opening time of 0.5 seconds, even with relatively high viscosity of the medium to be metered sufficient to accomplish a corresponding pressure equalization between the reservoir and the metering, can be specified by taking a corresponding safety buffer "a valve opening time of about 2 seconds. Then it is ensured that even with even greater viscosity of the medium to be metered, a sufficiently long valve opening time is available to ensure pressure equalization between the reservoir and the metering chamber.
Die Ventilöffnungszeit des ersten Ventils ist vorzugsweise doppelt so lang, insbesondere dreimal so lang, insbesondere viermal so lang und ganz besonders fünfmal so lang wie die Zeit, die zur Bewerkstelligung des Druckausgleichs zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer durch das zu dosierende Medium bei einer Temperatur von 20°C erforderlich ist.The valve opening time of the first valve is preferably twice as long, in particular three times as long, in particular four times as long and very particularly five times as long as the time required to effect the pressure equalization between the reservoir and the metering chamber through the medium to be metered at a temperature of 20 ° C is required.
Die erfindungsgemäß beanspruchte Vorrichtung kann je nach Bedarf mit mehr als einem Vorratsbehälter und auch mehr als einer Dosierkammer ausgestaltet werden. Dabei ist es denkbar, dass verschiedene Vorratsbehälter mit einer einzigen Dosierkammer verbunden sind, so dass eine gemeinsame Dosierung unterschiedlicher Medien ermöglicht wird. Ferner ist es denkbar, dass jeder Vorratsbehälter mit genau einer ihm zugeordneten Dosierkammer verbunden ist und so eine getrennte Dosierung der in den Vorratsbehältern enthaltenen Medien ermöglicht.The inventively claimed device can be configured as needed with more than one reservoir and more than one metering chamber. It is conceivable that different reservoirs are connected to a single metering chamber, so that a common dosage of different media is made possible. Furthermore, it is conceivable that each storage container is connected to exactly one metering chamber assigned to it and thus enables separate metering of the media contained in the storage containers.
Dadurch, dass die Anzahl der beweglichen Teile wie etwa Ventile auf ein Minimum begrenzt wird und andere bewegliche Teile wie etwa Kolben überhaupt nicht in der beanspruchten Dosiervorrichtung enthalten sind, ist diese Vorrichtung auch für Medien mit einem erhöhten Anforderungsprofil bezüglich der Werkstoffbeständigkeit geeignet.By minimizing the number of moving parts, such as valves, and other moving parts, such as pistons, are not included in the claimed metering device at all, this device is also suitable for media having an increased material durability requirement profile.
Bei dem einzusetzenden Medium handelt es sich beispielsweise um eine fettende oder schmierende Substanz wie etwa ein ölhaltiges Pflegemittel oder ein Pflegeöl, wobei grundsätzlich jedes beliebige Medium verwendet werden kann.The medium to be used is, for example, a greasing or lubricating substance, such as an oil-containing care agent or a care oil, it being possible in principle to use any desired medium.
Vorzugsweise dient das zweite Ventil zwischen der Dosierkammer und dem Zielsystem nicht nur dazu, die Dosierkammer von dem Zielsystem in strömungstechnischer Hinsicht abzukoppeln, sondern auch dazu, die Strömungsverbindung zwischen der Dosierkammer und der Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks zu ermöglichen oder zu unterbrechen. Das heißt, es ist in dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks dem Zielsystem in strömungstechnischer Hinsicht von der Dosierkammer aus gesehen nachgelagert ist. Alternativ kann die Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks auch durch ein weiteres (vom zweiten Ventil unabhängiges) Ventil von der Dosierkammer getrennt werden.Preferably, the second valve between the metering chamber and the target system not only serves to decouple the metering chamber from the target system in terms of flow, but also to enable or interrupt the flow connection between the metering chamber and the device for generating a negative pressure. That is, it is provided in this embodiment that the means for generating a negative pressure downstream of the target system in terms of flow from the metering chamber is seen. Alternatively, the device for generating a negative pressure can also be separated from the metering chamber by another valve (independent of the second valve).
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Zielsystem um eine Vorrichtung zur hygienischen Aufbereitung medizinischer oder zahnmedizinischer Instrumente. Die hygienische Aufbereitung, das heißt die Reinigung, Pflege und/oder Sterilisation bzw. Desinfektion, von medizinischen und zahnmedizinischen Instrumenten – hierzu zählen beispielsweise Bohrer, Haken, Absaugstutzen und Übertragungsinstrumente, wie etwa Turbinen, Winkelstücke und Handstücke – stellt einen wesentlichen Verfahrensschritt bei der Benutzung wiederverwendbarer Instrumente dar. Diese Aufbereitung kann unter Einsatz unterschiedlichster Chemikalien erfolgen und wird in aller Regel bei hohen Temperaturen durchgeführt, insbesondere mit feuchter Hitze, um eine Sterilisation oder Desinfektion zu erreichen.The target system is preferably a device for the hygienic preparation of medical or dental instruments. The hygienic treatment, ie the cleaning, care and / or sterilization or disinfection, of medical and dental instruments - these include, for example, drills, hooks, suction and transmission instruments, such as turbines, contra-angles and handpieces - represents an essential step in the use This treatment can be carried out using a variety of chemicals and is usually carried out at high temperatures, especially with moist heat to achieve sterilization or disinfection.
In derartigen Vorrichtungen zur hygienischen Aufbereitung medizinischer oder zahnmedizinischer Instrumente ist die exakte Dosierung einer kleinen Menge eines Pflegemittels oder eines Pflegeöls zur Schmierung der beweglichen Teile der aufzubereitenden Instrumente erforderlich. Das Pflegemittel bzw. das Pflegeöl wäre in diesem Fall das entsprechende zu dosierende Medium. Es muss in ausreichender Menge in die entsprechende Vorrichtung eingeführt werden, um die hygienisch aufbereiteten Instrumente ausreichend zu schmieren. Es darf jedoch auch nicht in zu großer Menge eingebracht werden, da dies zu einer Verunreinigung der Instrumente führen würde, die die nachfolgende Handhabung erschweren würde. Gerade in diesem Anwendungsbereich kommt es also auf diese reproduzierbare und exakte Dosierung kleiner Mengen eines zu dosierenden Mediums, insbesondere eines Pflegeöls, an.In such devices for hygienic treatment of medical or dental instruments, the exact dosage of a small amount of a care product or a care oil for lubrication of the moving parts of the reprocessed instruments is required. The care product or the care oil would be the appropriate medium to be dosed in this case. It must be introduced in sufficient quantity in the appropriate device to lubricate the hygienic instruments sufficiently. However, it must not be too large an amount, as this would lead to contamination of the instruments, which would complicate the subsequent handling. Precisely in this field of application, it is therefore important to reproducibly and precisely meter small amounts of a medium to be metered, in particular a care oil.
Vorzugsweise betragt das zu dosierende Volumen zwischen 0,05 und 5 ml, insbesondere zwischen 0,1 und 4 ml, insbesondere zwischen 0,2 und 3 ml, insbesondere zwischen 0,3 und 2 ml, insbesondere zwischen 0,4 und 1 ml, insbesondere zwischen 0,5 und 0,9 ml, insbesondere zwischen 0,6 und 0,8 ml. Insbesondere dann, wenn das Zielsystem eine Vorrichtung zur hygienischen Aufbereitung von medizinischen oder zahnmedizinischen Instrumenten ist, haben sich solche Mengen als besonders geeignet für die Pflege derartiger Instrumente nach einem Reinigungs- und Sterilisationsprozess erwiesen. Bei allen vorliegend genannten Zahlenwerten sind die oberen und unteren Grenzen der angegeben Intervalle stets Bestandteil des jeweiligen Intervalls.The volume to be metered is preferably between 0.05 and 5 ml, in particular between 0.1 and 4 ml, in particular between 0.2 and 3 ml, in particular between 0.3 and 2 ml, in particular between 0.4 and 1 ml, in particular between 0.5 and 0.9 ml, in particular between 0.6 and 0.8 ml. In particular, when the target system is a device for hygienic treatment of medical or dental instruments, such amounts have been found to be particularly suitable for the care proven such instruments after a cleaning and sterilization process. For all numerical values mentioned above, the upper and lower limits of the specified intervals are always part of the respective interval.
Die Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer beträgt vorzugsweise 100 mbar bis 1000 mbar, insbesondere 200 mbar bis 900 mbar, insbesondere 300 mbar bis 800 mbar, insbesondere 400 mbar bis 700 mbar, insbesondere 500 mbar bis 600 mbar. Mit derartigen Druckdifferenzen ist es ohne Weiteres möglich, insbesondere die vorgenannten Volumina des zu dosierenden Mediums in einem Zeitfenster einiger weniger Sekunden bzw. Sekundenbruchteile von dem Vorratsbehälter in die Dosierkammer zu überführen.The pressure difference between the reservoir and the metering chamber is preferably 100 mbar to 1000 mbar, in particular 200 mbar to 900 mbar, in particular 300 mbar to 800 mbar, in particular 400 mbar to 700 mbar, in particular 500 mbar to 600 mbar. With such pressure differences, it is readily possible, in particular to convert the aforementioned volumes of the medium to be metered in a time window of a few seconds or fractions of a second from the reservoir into the metering chamber.
Die Dosierkammer weist vorzugsweise ein Volumen auf, das etwas größer als das zu dosierende Volumen des Mediums ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Dosierkammer ein um 0,5 ml bis 2,5 ml, insbesondere 1,0 ml bis 1,5 ml oder bis 2 ml größeres Volumen aufweist als das zu dosierende Volumen des Mediums. Sollen beispielsweise 0,6 ml des Mediums dosiert werden, bietet sich die Verwendung einer Dosierkammer mit einem Gesamtvolumen von etwa 1,1 ml an. Eine derartige Dosierkammer ist dabei zur Dosierung sämtlicher Volumina bis zum Gesamtvolumen der Dosierkammer einsetzbar.The metering chamber preferably has a volume which is slightly larger than the volume of the medium to be metered. For example, it is provided that the metering chamber has a volume which is greater by 0.5 ml to 2.5 ml, in particular 1.0 ml to 1.5 ml or up to 2 ml, than the volume of the medium to be metered. If, for example, 0.6 ml of the medium are to be metered, the use of a metering chamber with a total volume of approximately 1.1 ml is recommended. Such a metering chamber can be used for the metering of all volumes up to the total volume of the metering chamber.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Dosierkammer mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks in der Dosierkammer verbunden. Durch eine derartige Einrichtung zur Erzeugung des Überdrucks ist es möglich, ein in der Dosierkammer befindliches Medium wieder aus der Dosierkammer in Richtung auf das Zielsystem herauszudrücken. Grundsätzlich ist es zwar auch denkbar, einen Medientransport aus der Dosierkammer in das Zielsystem über einen Unterdruck im Zielsystem zu erzeugen, doch ist dies mit Nachteilen verbunden. So ist die maximale Druckdifferenz, die durch einen Unterdruck erzeugt werden kann, physikalischen Grenzen unterworfen und kann nicht größer als 1 bar sein, sofern der Referenzraum nicht unter Überdruck steht. Mit einer Druckdifferenz von bis zu 1 bar ist ein vollständiger Transport des dosierten Mediums aus der Dosierkammer in das Zielsystem jedoch kaum zu gewährleisten. Vielmehr können stets Reste des zu dosierenden Mediums in der Dosierkammer und in den Leitungen zwischen der Dosierkammer und dem Zielsystem verbleiben. Wird hingegen mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks gearbeitet, ist eine vollständige und reproduzierbare Überführung des gesamten in der Dosierkammer befindlichen Mediums in das Zielsystem möglich. Eine geeignete Einrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks ist beispielsweise eine Druckluftquelle. Das heißt, das in die Dosierkammer eindosierte Medium kann mittels Druckluft in das Zielsystem geblasen werden. Diese Druckluftquelle kann auch zur Erzeugung eines Unterdrucks durch die Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks verwendet werden, beispielsweise, wenn diese eine Venturi-Düse ist.In a preferred embodiment, the metering chamber is connected to a device for generating an overpressure in the metering chamber. By means of such a device for generating the overpressure, it is possible to push out a medium located in the metering chamber again from the metering chamber in the direction of the target system. In principle, it is also conceivable to produce a media transport from the metering chamber into the target system via a negative pressure in the target system, but this is associated with disadvantages. Thus, the maximum pressure difference that can be generated by a negative pressure, subjected to physical limits and can not be greater than 1 bar, unless the reference space is under pressure. With a pressure difference of up to 1 bar, however, a complete transport of the metered medium from the metering chamber into the target system can hardly be guaranteed. Rather, residues of the medium to be metered can always remain in the metering chamber and in the lines between the metering chamber and the target system. If, however, worked with a device for generating an overpressure, a complete and reproducible transfer of the entire medium located in the metering chamber is possible in the target system. A suitable device for generating an overpressure is, for example, a compressed air source. That is, the metered into the metering medium can be blown by compressed air into the target system. This compressed air source can also be used to generate a negative pressure by the device for generating a negative pressure, for example, if this is a Venturi nozzle.
Vorzugsweise ist ein drittes Ventil zwischen der Dosierkammer und der Einrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks vorgesehen. Dieses dritte Ventil ist vorzugsweise dann geschlossen, wenn ein Unterdruck in der Dosierkammer angelegt wird. Ferner ist das dritte Ventil auch noch dann geschlossen, wenn der in der Dosierkammer angelegte Unterdruck durch Einströmen von Medium aus dem Vorratsbehälter ausgeglichen wird. Das dritte Ventil wird vorzugsweise erst dann geöffnet, wenn das vollständig in die Dosierkammer eindosierte Medium aus der Dosierkammer in das Zielsystem überführt werden soll. Bei dieser Überführung ist dann das erste Ventil zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer wieder geschlossen, um ein Zurückdrücken von Medium aus der Dosierkammer in den Vorratsbehälter zu verhindern.Preferably, a third valve is provided between the metering chamber and the means for generating an overpressure. This third valve is preferably closed when a negative pressure is applied in the metering chamber. Furthermore, the third valve is also closed when the vacuum applied in the metering chamber is compensated by the inflow of medium from the reservoir. The third valve is preferably only opened when the medium metered completely into the metering chamber is to be transferred from the metering chamber into the target system. In this transfer then the first valve between the reservoir and the metering chamber is closed again to prevent a pushing back of medium from the metering chamber into the reservoir.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks an das Zielsystem angeschlossen oder stellt einen Teil des Zielsystems dar. Das heißt, durch die Verbindung zwischen der Dosierkammer und dem Zielsystem wird dann zugleich eine Strömungsverbindung zwischen der Dosierkammer und der Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks hergestellt, die bei Bedarf durch ein entsprechendes Ventil (beispielsweise durch das zweite Ventil) unterbrochen werden kann.In a further preferred embodiment, the means for generating a negative pressure to the target system is connected or constitutes a part of the target system. That is, through the connection between the dosing and the target system is then at the same time a flow connection between the dosing and the means for generating a Low pressure produced, which can be interrupted if necessary by a corresponding valve (for example, by the second valve).
Grundsätzlich ist es zwar auch denkbar, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks direkt an die Dosierkammer angeschlossen ist. In diesem Fall wäre jedoch nur ein sehr kleines Evakuiervolumen vorhanden, da die Dosierkammer vorzugsweise ein entsprechend kleines Gesamtvolumen aufweist. Dies würde jedoch ein exaktes Einstellen eines bestimmten Druckes erschweren oder sogar unmöglich machen. Insbesondere dann, wenn als Zielsystem eine Vorrichtung zur hygienischen Aufbereitung medizinischer oder zahnmedizinischer Instrumente eingesetzt wird, weist diese Vorrichtung ohnehin eine Vakuumpumpe zum Zwecke der Sterilisation auf. Diese Vakuumpumpe kann dann auch als Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Dosierkammer genutzt werden. Wird in diesem Fall ein Unterdruck in der Dosierkammer erzeugt, geschieht dies über eine Erzeugung eines Unterdrucks im Zielsystem und einer anschließenden Trennung des Zielsystems von der Dosierkammer durch Schließen eines entsprechenden Ventils. Wird das entsprechende Ventil wieder geöffnet, nachdem das zu dosierende Medium vollständig in die Dosierkammer eingeströmt ist, kann ein druckunterstützter Medientransport aus der Dosierkammer in das Zielsystem erfolgen. Wie oben erläutert, ist es vorteilhaft, wenn dieser Medientransport durch einen zusätzlichen Überdruck, beispielsweise durch Druckluft, zusätzlich unterstützt werden kann.In principle, it is also conceivable that the device for generating a negative pressure is connected directly to the metering chamber. In this case, however, only a very small Evakuiervolumen would be present, since the metering chamber preferably has a correspondingly small total volume. However, this would make it difficult or even impossible to precisely set a certain pressure. In particular, when a device for hygienic treatment of medical or dental instruments is used as the target system, this device already has a vacuum pump for the purpose of sterilization. This vacuum pump can then also be used as a device for generating a negative pressure in the metering chamber. If a negative pressure in the metering chamber is generated in this case, this is done by generating a negative pressure in the target system and a subsequent separation of the target system from the metering chamber by closing a corresponding valve. If the corresponding valve is opened again after the medium to be metered has completely flowed into the metering chamber, a pressure-assisted transport of media from the metering chamber into the target system can take place. As explained above, it is advantageous if this media transport can be additionally supported by an additional overpressure, for example by compressed air.
Vorzugsweise sind zumindest einige der verwendeten Ventile, insbesondere jedoch sämtliche Ventile, als Magnetventile ausgestaltet.Preferably, at least some of the valves used, but in particular all valves, are designed as solenoid valves.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Vorratsbehälter vorzugsweise drucklos gegenüber dem Umgebungsdruck. Das heißt, der Vorratsbehälter befindet sich unter Umgebungsdruck und braucht gegenüber der Umgebung nicht in besonderer Weise abgekapselt zu werden. Dies erleichtert das Nachfüllen von zu dosierendem Medium in den Vorratsbehälter. In a further embodiment, the reservoir is preferably pressureless with respect to the ambient pressure. That is, the reservoir is under ambient pressure and does not need to be encapsulated from the environment in a special way. This facilitates the refilling of medium to be dispensed into the reservoir.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Steuerungsvorrichtung auf, die die Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer bestimmen und steuern kann. Dazu weist die Steuerungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Erfassung des Druckes in der Dosierkammer und im Vorratsbehälter auf. Alternativ kann auch statt des Drucks im Vorratsbehälter der Druck in der Umgebung der Vorrichtung gemessen werden, wenn der Vorratsbehälter gegenüber der Umgebung drucklos gehalten ist. In diesem Fall ist der Druck der Umgebung identisch mit dem Druck im Vorratsbehälter.Preferably, the device has a control device which can determine and control the pressure difference between the reservoir and the metering chamber. For this purpose, the control device has a device for detecting the pressure in the metering chamber and in the reservoir. Alternatively, instead of the pressure in the reservoir, the pressure in the vicinity of the device can be measured when the reservoir is kept unpressurized with respect to the environment. In this case, the pressure of the environment is identical to the pressure in the reservoir.
Die Steuerungsvorrichtung ist ferner dazu vorgesehen und eingerichtet, das oder die in der Dosiervorrichtung vorgesehenen Ventile zu öffnen und zu schließen und auf diese Weise die Erzeugung der gewünschten Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer zu steuern. Eine derartige Steuerung erfolgt beispielsweise bei einer laufenden Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks durch Öffnen des entsprechenden Ventils, durch das die Dosierkammer mit der Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in Strömungsverbindung steht, für einen begrenzten Zeitraum. Ist die gewünschte Druckdifferenz erreicht, wird das entsprechende Ventil geschlossen. Dann ist der in der Dosierkammer erzeugte Unterdruck „eingefroren” und kann anschließend durch ein Einströmen von zu dosierendem Medium aus dem Vorratsbehälter ausgeglichen werden.The control device is further provided and adapted to open and close the valve or valves provided in the metering device, thereby controlling the generation of the desired pressure difference between the reservoir and the metering chamber. Such control takes place, for example, in a current device for generating a negative pressure by opening the corresponding valve, through which the metering chamber is in flow communication with the device for generating a negative pressure, for a limited period. When the desired pressure difference has been reached, the corresponding valve is closed. Then, the negative pressure generated in the metering chamber is "frozen" and can then be compensated by an inflow of medium to be dispensed from the reservoir.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur hygienischen Aufbereitung medizinischer oder zahnmedizinischer Instrumente, die eine Dosiervorrichtung entsprechend den vorherigen Erläuterungen aufweist.The present invention also relates to a device for hygienic treatment of medical or dental instruments having a dosing device according to the previous explanations.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Dosierung einer vorbestimmbaren Menge eines Mediums in ein Zielsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.The object underlying the invention is also achieved by a method for dosing a predeterminable amount of a medium in a target system with the features of
Ein derartiges Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die zu dosierende Menge des Mediums durch eine Druckdifferenz zwischen mindestens einem Vorratsbehälter für ein Medium und einer mit dem Vorratsbehälter verbundenen Dosierkammer vorgegeben wird, wobei zu Beginn des Dosiervorgangs der Druck in der Dosierkammer niedriger ist als in dem Vorratsbehälter. Mit anderen Worten erfolgt eine Dosierung nicht durch Ausübung eines Überdruckes auf den Vorratsbehälter oder das darin befindliche Medium, sondern durch Heraussaugen des Mediums aus dem Vorratsbehälter durch einen Unterdruck in der Dosierkammer. Herkömmliche kolbengesteuerte Systeme arbeiten gerade nicht nach einem solchen Prinzip. Auch bei zeitgesteuerten Systemen ist nicht die Druckdifferenz für die Dosierung ausschlaggebend, sondern lediglich die Öffnungszeit eines entsprechenden Ventils zwischen einem Vorratsbehälter und einer Dosierkammer, wobei lediglich irgendeine beliebige Druckdifferenz zum Transport zwischen dem Vorratsbehälter und einer Dosierkammer erforderlich wäre.Such a method is characterized in that the amount of medium to be metered is predetermined by a pressure difference between at least one reservoir for a medium and a metering chamber connected to the reservoir, wherein at the beginning of the metering, the pressure in the metering chamber is lower than in the reservoir , In other words, a dosage is not carried out by exerting an overpressure on the reservoir or the medium therein, but by sucking the medium from the reservoir by a negative pressure in the metering chamber. Conventional piston-controlled systems do not work according to such a principle. Even with timed systems is not the pressure difference for the dosage crucial, but only the opening time of a corresponding valve between a reservoir and a metering chamber, with only any pressure difference would be required for transport between the reservoir and a metering chamber.
Vorzugsweise wird die Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Dosierkammer erzeugt. Diese Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Dosierkammer kann entweder direkt oder indirekt mit der Dosierkammer verbunden sein, so dass eine Strömungsverbindung zwischen der Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks und der Dosierkammer hergestellt werden kann.Preferably, the pressure difference between the reservoir and the metering chamber is generated by means for generating a negative pressure in the metering chamber. This means for generating a negative pressure in the metering chamber may be connected either directly or indirectly to the metering chamber, so that a flow connection between the means for generating a negative pressure and the metering chamber can be produced.
Vorzugsweise wird das Dosierverfahren durch die nacheinander in der nachfolgend wiedergegebenen Reihenfolge ausgeführten Schritte durchgeführt:
Zunächst wird eine Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter und der mit dem Vorratsbehälter verbundenen Dosierkammer erzeugt, wobei hierzu die Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks verwendet wird, die in Strömungsverbindung mit der Dosierkammer gebracht werden kann. Anschließend wird die Strömungsverbindung zwischen der Dosierkammer und der Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks getrennt. Dadurch bleibt der in der Dosierkammer erzeugte Unterdruck bestehen; die Dosierkammer ist nun ein für sich abgeschlossener Raum, der unter Unterdruck steht. Nun wird ein erstes Ventil, das zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer angeordnet ist, geöffnet. Dadurch strömt Medium, welches sich in dem Vorratsbehälter befindet, in die Dosierkammer ein, bis die Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer ausgeglichen ist. Anschließend wird das erste Ventil wieder geschlossen, nachdem der Druck zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer ausgeglichen ist. Das heißt, das erste Ventil bleibt solange geöffnet, bis der Druck zwischen dem Vorratsbehälter und der Dosierkammer wieder ausgeglichen ist. Abschließend wird das Medium aus der Dosierkammer in das Zielsystem überführt. Dazu wird insbesondere ein während des Einströmens des Mediums in die Dosierkammer geschlossenes zweites Ventil zwischen der Dosierkammer und dem Zielsystem (wieder) geöffnet.Preferably, the metering process is performed by the steps sequentially performed in the order given below:
First, a pressure difference is created between the reservoir and the metering chamber connected to the reservoir, for which purpose the means for generating a negative pressure is used, which can be brought into fluid communication with the metering chamber. Subsequently, the flow connection between the metering chamber and the means for generating a negative pressure is separated. As a result, the negative pressure generated in the metering chamber remains; the metering chamber is now a self-contained space, which is under negative pressure. Now, a first valve, which is arranged between the reservoir and the metering chamber, opened. As a result, medium, which is located in the reservoir, flows into the metering chamber until the pressure difference between the reservoir and the metering chamber is equalized. Subsequently, the first valve is closed again after the pressure between the reservoir and the metering chamber is balanced. That is, the first valve remains open until the pressure between the reservoir and the metering chamber is balanced again. Finally, the medium is transferred from the metering chamber into the target system. For this purpose, in particular a closed during the inflow of the medium into the metering chamber second valve between the metering chamber and the target system (again).
Vorzugsweise erfolgt das Überführen des Mediums aus der Dosierkammer in das Zielsystem durch eine Druckdifferenz zwischen der Dosierkammer und dem Zielsystem. Dabei ist der Druck in der Dosierkammer zu Beginn des Überführungsvorganges größer als in dem Zielsystem. Das heißt, durch Anlegen eines Überdrucks in der Dosierkammer oder alternativ durch Anlegen eines Unterdrucks in dem Zielsystem wird eine Druckdifferenz zwischen Dosierkammer und Zielsystem geschaffen, die einen Medientransport aus der Dosierkammer heraus zum Zielsystem ermöglicht. The transfer of the medium from the metering chamber into the target system preferably takes place by means of a pressure difference between the metering chamber and the target system. The pressure in the metering chamber at the beginning of the transfer process is greater than in the target system. That is, by applying an overpressure in the metering chamber or alternatively by applying a negative pressure in the target system, a pressure difference between metering chamber and target system is created, which allows a media transport out of the metering chamber to the target system.
Die Druckdifferenz wird vorzugsweise solange aufrechterhalten, bis das gesamte in der Dosierkammer befindliche Medium in das Zielsystem überführt wurde. Die Druckdifferenz kann auch noch länger als bis zur vollständigen Überführung des Mediums notwendig aufrechterhalten werden, um auch bei diesem Transportvorgang mit einem „Sicherheitspuffer” arbeiten zu können.The pressure difference is preferably maintained until the entire medium in the metering chamber has been transferred to the target system. The pressure difference can be maintained even longer than necessary until complete transfer of the medium, in order to be able to work with a "safety buffer" even during this transport process.
Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen des beanspruchten Verfahrens auf die obigen Erläuterungen zu den Ausführungsvarianten und bevorzugten Ausgestaltungen der beanspruchten Vorrichtung verwiesen, die in analoger Weise auch auf das beanspruchte Verfahren übertragbar sind.Incidentally, with regard to preferred embodiments of the claimed method, reference is made to the above explanations of the embodiments and preferred embodiments of the claimed device, which are analogous to the claimed method transferable.
Mit der beanspruchten Vorrichtung und dem beanspruchten Verfahren werden die beweglichen Teile im Dosierprozess weitgehend reduziert oder mediengetrennt ausgeführt, so dass ein geringerer Verschleiß und eine höhere Zuverlässigkeit des Systems und des Dosierverfahrens erzielt wird. Eine Dosierung kann mit der beanspruchten Erfindung nahezu unabhängig von der Viskosität des zu dosierenden Mediums ermöglicht werden, um auch bei schwankenden Temperaturen eine reproduzierbare Dosierung zu erzielen.With the claimed device and the claimed method, the moving parts in the dosing process are largely reduced or media-separated, so that less wear and higher reliability of the system and dosing process is achieved. A dosage can be made possible with the claimed invention almost independent of the viscosity of the medium to be dosed in order to achieve a reproducible dosage even at fluctuating temperatures.
Ferner können durch eine Minimierung der medienberührenden Teile in Anzahl und Abmessungen hohe Material- und Bearbeitungskosten vermieden werden. Dies ist insbesondere bei aggressiven zu dosierenden Medien von Vorteil, bei denen bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen besondere Materialanforderungen an das Dosiersystem und damit einhergehende hohe Kosten vorliegen.Furthermore, by minimizing the media-contacting parts in number and dimensions high material and processing costs can be avoided. This is particularly advantageous in the case of aggressive media to be metered, in which special material requirements for the metering system and associated high costs are present in systems known from the prior art.
Schließlich ermöglicht die Grundidee der vorliegend beanspruchten Erfindung eine problemlose Miniaturisierung der Vorrichtung, so dass auch kleinste Dosiervolumina erreicht werden können.Finally, the basic idea of the presently claimed invention enables trouble-free miniaturization of the device, so that even smallest metering volumes can be achieved.
Da der Vorratsbehälter vorzugsweise nicht unter Druck steht oder gebracht werden muss, ist eine problemlose Entlüftung der gesamten Vorrichtung und ein einfaches Nachfüllen des Vorratsbehälters möglich.Since the reservoir is preferably not under pressure or must be brought, a trouble-free ventilation of the entire device and a simple refilling of the reservoir is possible.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden unter Bezugnahme auf das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:Further advantages and details of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in the figure. It shows:
Die
Die Dosierkammer
Die Dosierkammer
Die Dosierkammer
Darüber hinaus ist eine Steuerungsvorrichtung
Optional kann die Steuerungseinheit
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Dosierkammer
Um einen Dosiervorgang zu starten, erfolgt eine Evakuierung des Zielsystems
Wird nun das erste Ventil
Anschließend werden das erste Ventil
Die zur exakten Dosierung benötigten Druckdifferenzen zwischen dem Reservoir
Nach der ersten Überschlagsberechnung wird eine Vakuumkurve aufgenommen, aus der die dosierten Mengen bei einer vorgegebenen Druckdifferenz hervorgehen. Auf diesem Weg ist eine äußerst genaue und reproduzierbare Dosierung definierter Mengen des Mediums
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