DE102019116729A1

DE102019116729A1 - Verfahren zur Herstellung eines Dochtorgans für eine Verdampferkartusche als Bestandteil eines Inhalators

Info

Publication number: DE102019116729A1
Application number: DE102019116729.9A
Authority: DE
Inventors: Max Bergmann; Lasse Cornils; Matthias Giese; Christian Hanneken; Jan Jaklin; Marc Kessler; Michael Kleine Wächter; Thomas Müller; Niklas Romming; Rene Schmidt; Christof Schuster; Tobias Wuttke
Original assignee: Hauni Maschinenbau GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2020-12-24
Also published as: WO2020254392A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dochtorgans (10) zur Anordnung in einer Verdampferkartusche (11) als Bestandteil eines Inhalators, wobei das Dochtorgan (10) flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass eine Flüssigkeit mindestens initial kapillar durch das Dochtorgan (10) förderbar ist, das sich dadurch auszeichnet, dass das Dochtorgan (10) durch Einbringen einer Vielzahl granulatartiger Körner (12) in einen formgebenden Körper (13) gebildet wird. Die Erfindung betrifft ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Dochtorgans (10) das sich dadurch auszeichnet, dass das Dochtorgan (10) durch Einbringen einer Vielzahl granulatartiger Körner (12) in einen Aufnahmeraum (20) gebildet wird. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Anordnung eines Dochtorgans (10) als Modul in einem Aufnahmeraum (20) einer Verdampferkartusche (11).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dochtorgans in einer Verdampferkartusche als Bestandteil eines Inhalators, wobei das Dochtorgan flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass eine Flüssigkeit mindestens initial kapillar durch das Dochtorgan förderbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Dochtorgans zur Anordnung in einer Verdampferkartusche als Bestandteil eines Inhalators, wobei die Verdampferkartusche einen Hohlkörper mit einem Strömungskanal, einen Vorratstank zum Bevorraten von Flüssigkeit, der mindestens eine Zugangsöffnung zum Strömungskanal aufweist, sowie einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen einer Verdampfereinheit umfasst, die das Dochtorgan und ein Heizorgan aufweist, wobei die Verdampfereinheit flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass Flüssigkeit mindestens initial kapillar aus dem Vorratstank durch die Verdampfereinheit in Richtung des Strömungskanals förderbar ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anordnung eines Dochtorgans als Modul in einer Verdampferkartusche als Bestandteil eines Inhalators, wobei die Verdampferkartusche einen Hohlkörper mit einem Strömungskanal, einen Vorratstank zum Bevorraten von Flüssigkeit, der mindestens eine Zugangsöffnung zum Strömungskanal aufweist, sowie einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen einer Verdampfereinheit umfasst, die das Dochtorgan und ein Heizorgan aufweist, wobei die Verdampfereinheit flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass Flüssigkeit mindestens initial kapillar aus dem Vorratstank durch die Verdampfereinheit in Richtung des Strömungskanals förderbar ist.
Solche Verdampferkartuschen und Inhalatoren kommen in der Genussmittelindustrie, hier insbesondere im Zusammenhang mit einer elektronischen Zigarette, der so genannten E-Zigarette, sowie im medizinischen Bereich zum Einsatz, um fluide Genussmittel und/oder fluide medizinische Produkte in Dampfform und/oder als Aerosole inhalieren zu können. Beim Konsumieren saugt üblicherweise eine Person an einem Mundstück des Inhalators, wodurch in dem Strömungskanal ein Saugdruck entsteht, der einen Luftstrom durch den Strömungskanal erzeugt. Der Luftstrom kann aber auch maschinell z.B. durch eine Pumpe erzeugt werden. In dem Strömungskanal wird dem Luftstrom eine von der Verdampfereinheit erzeugte und bereitgestellte verdampfte Flüssigkeit zugegeben, um der konsumierenden Person ein Aerosol oder ein Aerosol-Dampf-Gemisch zu verabreichen. Die Flüssigkeit ist an der oder in der Verdampferkartusche bevorratet. Als Flüssigkeit kommen unterschiedliche Mischungen mit verschiedenen Bestandteilen gleicher oder unterschiedlicher Dampfdichten zum Einsatz. Eine typische Mischung für den Einsatz in einer E-Zigarette weist z.B. Bestandteile von Glycerin und Propylenglycol auf, ggf. angereichert um Nikotin und/oder nahezu beliebige Geschmacksstoffe. Für den Einsatz im medizinischen oder therapeutischen Bereich, z.B. zur Inhalation von Asthma-Präparaten, kann die Mischung entsprechend medizinische Bestandteile und Wirkstoffe aufweisen.
Die einzelnen Bestandteile der Verdampferkartusche, nämlich der Hohlkörper, der Vorratstank und die Verdampfereinheit, können in einem gemeinsamen Bauteil zusammengefasst sein, wobei dieses Bauteil dann ein Einwegartikel ist, der für eine endliche Anzahl von Inhalationszügen durch eine konsumierende Person ausgelegt ist und zusammen mit einem Kartuschenträger als wiederverwendbarem Mehrwegartikel, der mindestens eine elektronische Steuereinheit und eine Energiequelle umfasst, einen Inhalator bildet. Die Verdampferkartusche kann jedoch auch erst durch das Zusammenfügen mehrerer Bauteile gebildet sein, wobei einzelne Bauteile, nämlich insbesondere der Hohlkörper und die Verdampfereinheit, in dem Kartuschenträger als Mehrwegartikel angeordnet sind, und der Vorratstank als separates Bauteil den Einwegartikel bildet. Letztlich lässt sich der Inhalator durch Austausch des Einwegartikels, der üblicherweise die Flüssigkeit beinhaltet, variabel einsetzen.
Entsprechend sind der Einwegartikel und der Mehrwegartikel lösbar miteinander verbunden. Der Kartuschenträger als Mehrwegartikel umfasst üblicherweise mindestens eine elektronische Steuereinheit und eine Energiequelle. Die Energiequelle kann z.B. eine elektrochemische Einwegbatterie oder ein wiederaufladbarer elektrochemischer Akku, z.B. ein Li-lonen-Akku sein, mittels dem das Heizorgan über elektrische Kontakte der Verdampfereinheit mit Energie versorgt wird. Die elektronische und/oder elektrische Steuereinheit dient zum Steuern der Verdampfereinheit innerhalb der Verdampferkartusche. Der Kartuschenträger kann aber auch Bestandteile der Verdampferkartusche umfassen. Der Einwegartikel kann als Ansteckteil an den Mehrwegartikel ansteckbar oder als Einsetzteil in den Mehrwegartikel einsetzbar ausgebildet sein. Anstelle einer Steckverbindung sind auch Schraubverbindungen oder andere Schnellverbindungen einsetzbar. Mit der Verbindung von Einwegartikel und Mehrwegartikel wird eine mechanische und elektrische Kopplung zur Bildung eines funktionsbereiten Inhalators hergestellt.
Die zentrale und letztlich die Nutzung (z.B. als E-Zigarette oder als medizinischer Inhalator) bestimmende Komponente ist der Vorratstank als Bestandteil der Verdampferkartusche. Diese beinhaltet in der Regel die von der Person gewählte, gewünschte und/oder benötigte Flüssigkeit bzw. ein Flüssigkeitsgemisch (im Folgenden auch allgemein als Fluid bezeichnet) sowie den den Strömungskanal bildenden Hohlkörper und die Verdampfereinheit. Das Fluid ist in dem Vorratstank der Verdampferkartusche bevorratet. Mittels der flüssigkeitspermeablen Verdampfereinheit wird das Fluid aus dem Vorratstank aufgrund zumindest initial kapillarer Förderung durch das Dochtorgan und das Heizorgan geleitet. Die von einer Energiequelle erzeugte Spannung, die an dem Heizorgan angelegt wird, führt zu einem Stromfluss im Heizorgan. Aufgrund des Heizwiderstandes, vorzugsweise des Ohm'schen Widerstands des Heizorgans führt der Stromfluss zu einer Erhitzung des Heizorgans und letztlich zu einer Verdampfung des in der Verdampfereinheit befindlichen Fluids. Der auf diese Weise erzeugte Dampf und/oder Aerosol entweicht aus der Verdampfereinheit in Richtung des Strömungskanals und wird als Dampfzugabe der Luftströmung beigemischt. Das Fluid hat damit einen vorgegebenen Weg mit einer vorgegebenen Strömungsrichtung, nämlich als Fluid durch das Dochtorgan an das und durch das Heizorgan und als Dampf/Nebel und/oder Aerosol aus dem Heizorgan in den Strömungskanal. In dem Strömungskanal wird das verdampfte Fluid durch den Luftstrom mitgerissen, wenn der Strömungskanal mit einem Druck/Unterdruck beaufschlagt wird, indem z.B. eine konsumierende Person an dem Strömungskanal saugt oder eine Pumpe einen Luftstrom durch den Strömungskanal pustet bzw. fördert.
Damit das Fluid aus dem Vorratstank nicht direkt in den Strömungskanal fließt, deckt die Verdampfereinheit den Zugang vom Vorratstank zum Strömungskanal vollständig ab. Vollständig abgedeckt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Flüssigkeit zwingend durch die Verdampfereinheit geführt ist, so dass das Fluid nicht direkt vom Vorratstank in den Strömungskanal gelangen kann, sondern den „Umweg“ über das Dochtorgan und das Heizorgan nehmen muss. Das Dochtorgan dient zum einen zum Zwischenspeichern von Fluid, um insbesondere bei nahezu entleertem Vorratstank noch ausreichend Fluid für wenige Züge am Inhalator zur Verfügung zu stellen. Das Dochtorgan dient zum anderen insbesondere zum Transport des Fluids vom Vorratstank in Richtung des Strömungskanals sowie zu (geometrisch) gleichmäßigen Versorgung des Heizorgans mit Fluid/Liquid und wirkt gleichzeitig als eine Art Rückschlagschutz, um den Rücklauf von Fluid und/oder Dampf in Richtung des Vorratstanks zu unterbinden.
Bisher bekannte Verdampferkartuschen weisen eine Verdampfereinheit mit einem Dochtorgan auf, der aus mehreren miteinander verwobenen/verdrillten Fäden/Fasern z.B. aus Baumwolle oder aus Glasfasern gebildet ist. Dieser Faserdocht weist kapillare Eigenschaften auf, die dazu führen, dass beim initialen Kontakt mit dem Fluid, der Faserdocht taucht in den Vorratstank ein, das Fluid in dem Vorratstank aufgenommen und in Richtung des Heizorgans gefördert wird. Das Heizorgan ist üblicherweise in Form einer Glühwendel ausgebildet. Dieser gewickelte Metalldraht besteht beispielsweise aus Edelstahl, Kupfer, Kupferverbindungen oder Nickel. Diese Verdampfereinheit ist in der Regel nur manuell herzustellen und weist eine begrenzte Speicherkapazität zum Zwischenspeichern von Fluid auf. Ein weiterer Nachteil besteht in der geometrisch inhomogenen Erwärmung des Liquids (synonym zu Fluid und Flüssigkeit) längs der Docht-Wendel-Anordnung, die zu einer nicht regelbaren, inhomogenen Temperaturverteilung mit der Gefahr lokaler Überhitzung führt. Mit anderen Worten ist eine gleichmäßige und kontinuierliche Versorgung des Heizorgans mit dem Fluid nur begrenzt sichergestellt, so dass es systembedingt zu Schadstoffentstehung durch lokale Überhitzung des Liquids kommt. Des Weiteren weist diese Lösung keinen Rückschlagschutz auf.
Bei anderen bekannten Lösungen umfasst die Verdampfereinheit daher einen einstückigen Dochtblock als Dochtorgan. Dieser üblicherweise aus keramischen Werkstoffen bestehende Dochtblock vereinfacht die automatisierte Herstellung der Verdampfereinheit und der Verdampferkartusche und weist mehrere Mikrokanäle für eine gegenüber dem Faserdocht erhöhte Transportrate auf. Dennoch weist auch diese Lösung mehrere Nachteile auf. Neben einer weiterhin limitierten Transportrate und Zwischenspeicherkapazität ist der Einsatz solcher blockartigen Dochtblöcke sehr unflexibel und vor allem schwierig zu montieren, da die Dochtblöcke nur in exakt - in einem engen Toleranzbereich - vorgefertigte Aufnahmen/Halterungen oder dergleichen einsetzbar sind.
Bei einem einstückigen Dochtorgan kann dieses selbst als Heizorgan dienen, wenn das z.B. keramische Material des Dochtorgans, das Mikrokanäle aufweist, elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Dann weist das Dochtorgan eine Doppelfunktion auf und bildet die Verdampfereinheit. In anderen Fällen kann zusätzlich zum Dochtorgan eine separate Komponente als Heizorgan dienen. In dem letztgenannten Fall bilden der Dochtkörper und das separate Heizorgan die Verdampfereinheit. Das Heizorgan ist dann üblicherweise ein flächiges und flaches, z.B. im Wesentlichen aus Silizium bestehendes oder Silizium oder p- oder n-dotiertes Silizium aufweisendes MEMS-Bauteil (Micro-electro-mechanical-system-Bauteil), das flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist. In beiden Fällen ist das Dochtorgan insbesondere durch Klemmung am Hohlkörper bzw. zwischen Hohlkörper und anderen Komponenten der Verdampferkartusche fixiert. Insbesondere ist eine reproduzierbare Befestigung des Dochtorgans mittels Presspassung aufgrund von Fertigungstoleranzen schwierig.
Ein weiterer Nachteil entsteht dadurch, dass im Kontaktbereich unterschiedliche Oberflächenrauigkeiten aufeinanderliegen, nämlich einerseits die poröse Struktur des Dochtorgans und andererseits die üblicherweise glatte Oberfläche des Heizorgans. In dem Kontaktbereich entstehen aufgrund der unterschiedlichen Rauigkeiten undefinierte, nicht Mikrokanäle bildende Hohlräume. Diese nicht Mikrokanäle bildenden Hohlräume führen aufgrund des Leidenfrosteffekts des in diesem Bereich in Richtung des Dochtorgans verdampfenden Fluids potentiell zu einer lokal unzureichenden Fluidversorgung des Heizorgans mit dem Fluid. Anders ausgedrückt behindern solche unerwünschten-Hohlräume eine ausreichende Fluidkopplung zwischen der Austrittsseite des Dochtorgans und der Eintrittsseite des Heizorgans. Weitere unerwünschte Hohlräume entstehen durch eine nicht planparallele Ausrichtung der Oberflächen von Dochtorgan und Heizorgan, z.B. durch gewölbte Oberflächen und/oder Montagefehler. Das führt zu einer unzureichenden Reproduzierbarkeit der Montageergebnisse, wodurch sich schwankende Verdampfungsbedingungen ergeben.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein die genannten Nachteile überwindendes Verfahren zur Herstellung eines Dochtorgans zur Anordnung in einer Verdampferkartusche vorzuschlagen, das sich auf einfache, schnelle, zuverlässige und kostengünstige Weise realisieren lässt und bei dem das hergestellte Dochtorgan konstante und reproduzierbare Verdampfungsbedingungen sicherstellt. Die Aufgabe besteht weiterhin darin, ein Verfahren zur Anordnung eines Dochtorgans in einer Verdampferkartusche vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Dochtorgans der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Dochtorgan durch Einbringen einer Vielzahl granulatartiger Körner in einen formgebenden Körper gebildet wird. Mit Einbringen ist sowohl das lose als auch das verbundene Einbringen der Körner in den formgebenden Körper beschrieben, wobei auch gerütteltes und/oder verdichtetes Einbringen der Körner umfasst ist. Vorteilhafterweise bestehen die Körner aus Glas, Keramik, Kunststoff, insbesondere PEEK, Sand und/oder Graphit. Insbesondere Sand und Graphit stehen in der Natur nahezu grenzenlos zur Verfügung und sind chemisch inert und umweltverträglich. Dabei können die Körner selbst Mikrohohlräume und/oder Mikrokanäle aufweisen. Es soll somit zur Überwindung der vorgenannten Nachteile anstelle des Faserdochts bzw. des einstückigen Dochtblocks als Dochtkörper ein Dochtorgan hergestellt werden, das aus einer Vielzahl von granulatartigen Körnern gebildet ist. Ein solches granulares Dochtorgan lässt sich nicht ohne Weiteres mit herkömmlichen Mitteln herstellen, insbesondere weisen Körper aus einem Schüttgut, wie es beispielsweise granulatartige Körner sind, die Eigenschaft auf, dass diese in der Regel nicht formstabil sind. Bei der Herstellung eines Dochtorgans aus granulatartigen Körnern sind deshalb die speziellen Eigenschaften des Ausgangsmaterials zu berücksichtigen. Aufgrund der speziellen Anordnung der Körner werden in dem formgebenden Körper zwischen den einzelnen, aneinander liegenden Körnern und/oder durch einzelne Körner eine Vielzahl zufälliger Mikrokanäle gebildet. Mit dem formgebenden Körper ist zunächst übergeordnet alles beschrieben, in das die Körner eingebracht werden können, damit die Körner durch das Einbringen die Funktion bzw. Eigenschaft des Dochtorgans erfüllen können. Als formgebender Körper kann somit u.a. der bestimmungsgemäße Verwendungsort, beispielsweise ein Aufnahmeraum in der Verdampferkartusche, sowie eine Form zur Vorfertigung und zur späteren Anordnung in der Verdampferkartusche angesehen werden. Der formgebende Körper kann zudem auch schon Bestandteile der Verdampferkartusche oder des Inhalators beinhalten, z.B. kann eine Fläche des formgebenden Körpers durch ein Heizorgan gebildet sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Dochtorgans werden gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen eine Fülle von Vorteilen erzielt. Die Herstellung eines Dochtorgans aus einer Vielzahl granulatartiger Körner ermöglicht aufgrund der guten Dosier- und Schüttbarkeit eine einfache Möglichkeit der Automatisierung von Herstellungsvorgängen, was teure und fehleranfällige manuelle Bearbeitungsschritte ersetzt. Zudem kann durch die Eigenschaft der Körner eine flexible Herstellung von unterschiedlichen Dochtorganen erfolgen, indem die Körner je nach Einsatzzweck in variable formgebende Körper eingebracht werden können. Beim Einbringen der Körner in den formgebenden Körper wird durch die Gesamtheit der Körner eine Struktur erzeugt, die wiederum eine Vielzahl an Vorteilen bereithält. Neben der verbesserten Transportrate, es wird im bestimmungsgemäßen Einsatz in der Verdampferkartusche mehr und vor allem gleichmäßig Fluid aus dem Vorratstank durch die Verdampfereinheit geführt, gewährleistet das granulare Dochtorgan aufgrund der körnigen und somit porösen Dochtstruktur eine erhöhte Zwischenspeicherkapazität für Fluid. Des Weiteren verbessert ein granulares Dochtorgan den Rückschlagschutz, da die durch die aneinander liegenden Körner und /oder porösen Körner selbst gebildeten Mikrokanäle einen nichtlinearen Verlauf aufweisen. Bei der Herstellung des Dochtorgans ist weiter besonders vorteilhaft, dass sich die Körner an jede beliebige Kontur/Geometrie des formgebenden Körpers anpassen können. Auf diese Weise sind erst Konstruktionen des Dochtorgans möglich, die durch den bekannten Stand der Technik nicht erzeugbar sind. Durch die Kornstruktur passt sich das Dochtorgan beim Einbringen des granularen Materials flexibel an den jeweiligen formgebenden Körper an und füllt unerwünschte, nicht Mikrokanäle bildende Hohlräume auf, wodurch Spaltbildung an angrenzenden Flächen vermieden wird. Im Ergebnis werden durch das auf diese Weise hergestellte Dochtorgan konstante und reproduzierbare Verdampfungsbedingungen sichergestellt. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Verdampfereinheit - mit dem Dochtorgan und/oder dem Heizorgan als Bestandteil der Verdampferkartusche - an dem oder in dem Kartuschenträger angeordnet ist, also am/im Mehrwegartikel, oder ob die Verdampfereinheit am/im Einwegartikel angeordnet ist.
Vorteilhafterweise können Körner unterschiedlicher Größe oder Eigenschaften in den formgebenden Körper eingebracht werden, insbesondere unterschiedlicher Porosität oder Mikrokanalausbildung. Durch die Größe oder die Eigenschaften der Körner kann die Förderung oder Speicherung der Flüssigkeit innerhalb des Dochtorgans beeinflusst werden. Das bedeutet, dass Körner innerhalb eines Dochtorgans alle aus dem gleichen Material und alle von gleicher Größe (gemeint ist eine Größenordnung innerhalb eines definierten Bereiches) sind, oder alle Körner aus einem Material aber unterschiedlicher Größe sind, oder die Körner aus unterschiedlichen Materialien aber alle von gleicher Größe sind, oder die Körner aus unterschiedlichen Materialien und unterschiedlicher Größe sind. Damit sind Dochtorgane z.B. für unterschiedliche Flüssigkeiten und Flüssigkeitsmischungen z.B. mit unterschiedlichen Transportraten (Flüssigkeitsversorgung) und/oder unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten und/oder unterschiedlichen Strömungswiderständen (z.B. für einen angepassten Rückschlagschutz) auf einfache Weise individuell zusammenstellbar. Weiter bevorzugt können die Körner in einem zuvor erfolgenden Verfahrensschritt abgewogen, dosiert und/oder portioniert werden, indem Abfüllwaagen, Kombinationswaagen bzw. Teilmengenwaagen bei der Herstellung eingesetzt werden.
In einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt sind die Körner derart vorbehandelt, dass diese in dem formgebenden Körper zumindest temporär formstabil ausbildbar sind. Dies erleichtert einen Transport der auf diese Weise gebildeten Dochtorgane.
Eine zweckmäßige Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Körner in den formgebenden Körper als lose Schüttung erfolgt. Mit Einbringen als lose Schüttung ist sowohl ein Einbringen der Körner in loser Form, als auch ein Einbringen der Körner in nicht dauerhaft verbundener Form in den formgebenden Körper beschrieben, was beispielsweise durch die Schüttdichte, die Rauheit, die Feuchtigkeit sowie die Temperatur beeinflusst wird. Bevorzugterweise liegen die Körner bei dem Verfahren derart vor, dass diese frei bewegbar sind. Bei dieser Variante ist eine besonders gleichmäßige und vor allem hohlraum- und spaltreduzierte Verteilung der Körner innerhalb des formgebenden Körpers gewährleistet, wodurch konstante und reproduzierbare Dochtorgane herstellbar sind, die gleichmäßige Eigenschaften bei der Verwendung aufweisen. Optional kann beim Schütten auch kinetische Energie eingebracht werden, indem die Schüttung gerüttelt und/oder vibriert wird, um eine noch bessere, engere Verteilung der Körner zu erreichen. Ein Einbringen der Körner als Schüttung ermöglicht zudem eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, da Schüttgüter eine gute Transportier- und Portionierbarkeit aufweisen. Das Einbringen umfasst vorzugsweise auch ein gerütteltes und/oder verdichtetes Einbringen der Körner in den formgebenden Körper. Vorzugsweise wird durch das Einbringen der losen Schüttung in den formgebenden Körper ein zumindest temporär formstabiles Dochtorgan ausgebildet.
In einer anderen vorteilhaften Variante werden die Körner als miteinander verbundene Schüttung in den formgebenden Körper eingebracht. Die mindestens temporär verbundene Schüttung kann weitere Eigenschaften aufweisen, die für potentielle weitere Verarbeitungsschritte vorteilhaft ist, z.B. kann durch die verbundene Schüttung ein direkter Einfluss auf die Porosität, Festigkeit oder Formstabilität genommen werden, was wiederum Einfluss auf den endgültigen Verwendungszweck des Dochtorgans hat. Zudem kann durch das Einbringen der miteinander verbundenen Schüttung in den formgebenden Körper eine Beeinflussung des Dochtorgans erfolgen, indem die verbundene Schüttung mit einer bereits vorgegebenen Form in dem formgebenden Körper eingebracht wird und das endgültige Dochtorgan darin hergestellt wird. Die mindestens temporär miteinander verbundene Schüttung kann durch Mischung der Körner mit einem Liquid gebildet werden und weiterhin vorzugsweise als Paste oder Quasiflüssigkeit in den formgebenden Körper eingebracht werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt innerhalb des formgebenden Körpers ein Ausbilden der losen Schüttung zu einer miteinander verbundenen Schüttung. Dadurch wird innerhalb des formgebenden Körpers die verbundene Schüttung erzeugt, wodurch das Dochtorgan weitere vorteilhafte Eigenschaften aufweisen kann, die für potentielle weitere Verarbeitungsschritte vorteilhaft sind, z.B. kann durch die verbundene Schüttung ein direkter Einfluss auf die Porosität, Festigkeit oder Formstabilität genommen werden, was wiederum Einfluss auf den endgültigen Verwendungszweck des Dochtorgans hat. Die Herstellung der verbundenen Schüttung innerhalb des formgebenden Körpers ermöglicht den Einsatz von unterschiedlichen Methoden oder Materialien. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Herstellung gewährleistet, indem die miteinander verbundene Schüttung in einer vorgegebenen Reihenfolge erfolgt. Vorzugsweise wird durch die Herstellung der miteinander verbundenen Schüttung innerhalb des formgebenden Körpers ein zumindest temporär formstabiles Dochtorgan ausgebildet.
Gemäß zumindest einer vorzugsweisen Ausführungsform wird wahlweise der Schüttung zur Bildung der miteinander verbunden Schüttung ein Hilfsstoff zugegeben, oder die Schüttung wird in ein in dem formgebenden Körper befindlichen Hilfsstoff zur Bildung der miteinander verbunden Schüttung zugegeben. Dies ermöglicht einen direkten Einfluss auf den Produktionsprozess, indem störende Faktoren wie z.B. Staubentstehung bei der Verarbeitung von granulatartigen Körnern vermieden werden, indem die Körner in oder mit einem Hilfsstoff, z.B. Liquid verbunden werden. Es bietet sich an, je nach gewünschtem Verwendungszweck, ein entsprechendes Liquid auszuwählen, das z.B. aus flüchtigen Bestandteilen bestehen kann, die sich im weiteren Verlauf der Herstellung verflüchtigen, oder Liquide, die nach einem bestimmten Zeitraum aushärten. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt ein zeitgleiches Zugeben der Schüttung sowie des Hilfstoffes in den formgebenden Körper zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung.
Vorzugsweise wird der Aggregatzustand der Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung geändert. Damit weist das Dochtorgan beispielsweise für weitere Be- oder Verarbeitungsschritte je nach benötigter Ausgestaltung des Dochtorgans gewünschte Eigenschaften auf. Bei einem Ändern in den festen Aggregatszustand entsteht eine miteinander verbundene Schüttung, die auf einfache Art positioniert und bearbeitet werden kann. Ferner besteht einerseits durch die Änderung des Aggregatzustands, die auch nur temporär vorgenommen werden kann, beispielsweise die Möglichkeit, eine flüssige Schüttung in den formgebenden Körper einzubringen und diese darin, z.B. durch Gefrieren oder Schockfrosten, zu verfestigen; andererseits besteht die Möglichkeit eine feste Schüttung in den formgebenden Körper mit einer komplexen Struktur einzubringen und diese darin zu verflüssigen, um in sämtliche Bereiche einzudringen und in einem weiteren Schritt zu verfestigen. Weiter bevorzugt erfolgt ein Ändern des Aggregatzustands nur temporär. Eine Änderung des Aggregatszustandes kann insbesondere durch Gefrieren der Schüttung erfolgen, wobei diese in einer weiteren Variante mit einem Liquid versehen sein kann. Eine mit einem Liquid versehene Schüttung besitzt in der Regel einen flüssigen Aggregatszustand, die zur weiteren Bearbeitung oder ein Einsetzen in einem weiteren Bauteil zu verfestigen ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Schüttung durch Änderung der Viskosität der granulatartigen Körner miteinander verbunden. Auf diese Weise kann das Dochtorgan vereinfacht in eine Position gebracht werden. Durch Hinzugeben eines Stoffes zu der Schüttung, was vorzugsweise in dem formgebenden Körper erfolgt, wird die Viskosität derart geändert, dass ein anschließendes Einfüllen oder Einsetzen in dem bestimmungsgemäßen Verwendungsort erleichtert wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung elektrostatisch behandelt wird. Mit der elektrostatischen Behandlung ist zumindest eine vorübergehende, d.h. temporäre, miteinander verbundene Schüttung erzeugbar, wodurch der daraus in der formgebenden Form entstandene Körper auf einfache Weise hergestellt und anschließend in Position gehalten werden kann. Ein derartiger Verfahrensschritt lässt sich einfach automatisieren, was zu einer schnellen und kosteneffizienten Herstellung eines Dochtorgans führt.
Gemäß zumindest einer vorzugsweisen Ausführungsform wird die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung magnetisiert. Voraussetzung dafür ist, dass die Schüttung magnetisierbare Stoffe enthält, oder ihr alternativ magnetisierbare Stoffe zugesetzt werden. Durch das Magnetisieren lässt sich die Schüttung durch magnetische Kräfte in einer gewünschten Position halten und anschließend weiterverarbeiten bzw. positionieren. Auch ein derartiger Verfahrensschritt lässt sich einfach automatisieren, was wiederum zu einer schnellen und kosteneffizienten Herstellung eines Dochtorgans führt.
Vorteilhafterweise wird die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung druckbeaufschlagt und/oder Temperatur zugeführt. Diese Art der Bildung einer miteinander verbundenen Schüttung kann vorzugsweise mit weiteren Schritten zur Herstellung des Dochtorgans kombiniert sein. Durch das Druckbeaufschlagen lassen sich z.B. störende Hohlräume aus der Schüttung beseitigen oder es führt zu einer Komprimierung der Körner bzw. Gesamtheit der Körner, wodurch der Grad der Porosität des Dochtorgans und/oder die Größe der Mikrokanäle in dem Dochtorgan gezielt hergestellt und beeinflusst werden können. Das Zuführen der Temperatur kann sowohl Wärme- als auch Kälteeintrag beinhalten. Die Temperaturzuführung kann auch nur in einem lokalen Bereich der Schüttung erfolgen, um bestimmte gewünschte Oberflächeneigenschaften zu erzeugen. Es lässt sich z.B. durch das Verschmelzen der Körner untereinander und/oder mit benachbarten Strukturen, beispielsweise dem formgebenden Körper, ein sicheres Rückhaltemittel für das Dochtorgan bilden, um das Dochtorgan in Position zu halten.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Dochtorgans als Modul erfolgt, derart, dass das Modul in einem Herstellungsprozess automatisiert einer Verdampferkartusche und / oder einem Inhalator zuführbar ist oder zugeführt wird. Damit ist die Herstellung des Dochtorgans sowie einer Verdampferkartusche und / oder eines Inhalators auf schnelle Weise möglich, was eine effiziente und kostengünstige Herstellung ermöglicht und zu konstanten qualitativen Eigenschaften führt.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zur Bildung des Dochtorgans eine Vielzahl granulatartiger Körner in wenigstens einen Teil des Aufnahmeraums eingebracht werden.
Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits überwiegend im Zusammenhang mit dem Einbringen der granulatartigen Körner in den formgebenden Körper beschrieben, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Ein weiterer Vorteil des Einbringens der Körner in den Aufnahmeraum liegt in dem direkten Einbringen im bestimmungsgemäßen Verwendungsort des Dochtorgans. Auf diese Weise kann ein weiterer Verfahrensschritt des Einsetzens bzw. des Anordnens in der Verdampferkartusche oder im Inhalator vermieden werden. Ferner ergeben sich durch die direkte Anordnung im Aufnahmeraum, in dem weitere Bestandteile der Verdampferkartusche angeordnet sein können, Vorteile durch das Ausgangsmaterial der granulatartigen Körner, die sich direkt an dort befindliche Bauteile anordnen lassen, wodurch kontinuierliche und definierte Förderbedingungen der Flüssigkeit geschaffen werden, und das hergestellte Dochtorgan konstante und reproduzierbare Verdampfungsbedingungen sicherstellt.
Eine zweckmäßige Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Körner in den Aufnahmeraum als lose Schüttung erfolgt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt innerhalb des Aufnahmeraums ein Ausbilden der losen Schüttung zu einer miteinander verbundenen Schüttung.
Gemäß zumindest einer vorzugsweisen Ausführungsform wird wahlweise der Schüttung zur Bildung der miteinander verbunden Schüttung ein Liquid zugegeben, oder die Schüttung wird in ein in dem Aufnahmeraum befindliches Liquid zur Bildung der miteinander verbunden Schüttung zugegeben.
Eine andere vorteilhafte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aggregatzustand der Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung geändert wird.
Zweckmäßigerweise wird die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung elektrostatisch behandelt.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung magnetisiert.
Gemäß zumindest einer vorzugsweisen Ausführungsform wird die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung druckbeaufschlagt und/oder Temperatur zugeführt.
Die sich aus den zuvor erwähnten vorteilhaften Ausführungsformen ergebenden Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung des Dochtorgans durch Einbringen der Körner in den formgebenden Körper beschrieben, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Vorteilhafterweise wird die Schüttung in mindestens einen Bereich des Aufnahmeraums eingebracht und dabei wird zumindest ein Teil der Schüttung in direktem Kontakt mit dem Heizorgan angeordnet. Dabei stellt das Heizorgan eine begrenzende Fläche des Aufnahmeraums dar. Eine direkte Anordnung des Dochtorgans an das Heizorgan verhindert die Entstehung der unerwünschten Hohlräume. Hohlräume können zu einer thermisch isolierenden Dampfblasenbildung, dem so genannten Leidenfrosteffekt, führen, mit dem unerwünschten Effekt einer (lokalen) Überhitzung. Im Übrigen behindern Dampfblasen das Nachfördern des Fluids aus dem Dochtorgan in das Heizorgan. Diese Ausführungsform ermöglicht das einfache und zuverlässige Anordnen des Dochtorgans an das Heizorgan, wodurch ein zuverlässiger und konstanter Flüssigkeitstransport zwischen Dochtorgan und Heizorgan sichergestellt ist. Es wird überdies kein weiterer Verfahrens- oder Bearbeitungsschritt benötigt, um eine Anordnung an das Heizorgan vorzunehmen. In dem herkömmlichen Verfahren der Herstellung eines Dochtorgans ist in der Regel noch ein weiterer Verfahrensschritt und teilweise sogar das Einfügen eines zusätzlichen Ausgleichsbauteils nötig, um das Dochtorgan in direktem Kontakt mit dem Heizorgan zu positionieren.
In einer zweckmäßigen Variante wird die Schüttung derart in dem Aufnahmeraum befestigt, dass bei einer Bewegung der Verdampferkartusche die Schüttung zumindest im Wesentlichen ortsstabil ist. Eine Befestigung bietet einen einfachen Schutz gegen ungewollte Positionsänderung oder ein Vereinzeln der zuvor miteinander verbundenen Körner der Schüttung. Die Zuverlässigkeit bei der Förderung von Flüssigkeit ist auf diese Weise für den Verwendungszeitraum gesichert. Ein Befestigen lässt sich mit einer Fülle an unterschiedlichen Methoden auf einfache Art realisieren.
Vorzugsweise wird dafür das Dochtorgan mit einem Befestigungsmittel in der gewünschten Anordnung gehalten. Das Befestigungsmittel ermöglicht zum einen eine automatisierte Montage/Herstellung der Verdampferkartusche, also insbesondere das automatische Positionieren des Dochtorgans im Bereich der Zugangsöffnung, und zum anderen das Halten der Position des granularen Dochtorgans im Bereich der Zugangsöffnung.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel mechanischer Art ist, derart, dass aus Komponenten der Verdampferkartusche oder Teilen davon der Aufnahmeraum mit einer Öffnung zum Einbringen des granularen Dochtorgans gebildet und die Öffnung mit einem Abdeckelement verschlossen ist. Die Schüttung füllt dazu vorzugsweise den Aufnahmeraum maximal aus, insbesondere ohne nicht Mikrokanäle bildende Hohlräume und/oder Spalte, so dass sich das Dochtorgan selbständig und unabhängig von Fertigungstoleranzen an nahezu jede beliebige Form der Umgebung anpasst.
Durch die Schüttung der Körner füllen diese die unerwünschten Hohlräume und Spalte aus, indem die Körner aneinander liegen und bilden dadurch und/oder durch die eigene Porosität Mikrohohlräume und insbesondere Mikrokanäle.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass durch das Befestigen der Schüttung in dem Aufnahmeraum die mindestens initial kapillare Förderung der Flüssigkeit aufrechterhalten wird. Damit muss nicht nachträglich in einem weiteren Verfahrensschritt die mindestens initial kapillare Förderung durch geeignete Maßnahmen hergestellt werden. Das Befestigen hindert somit nicht die ursprüngliche Funktionalität des Dochtorgans, womit ein zuverlässiger Einsatz gewährleistet ist.
Eine zweckmäßige Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Dochtorgans in einem Herstellungsprozess automatisiert erfolgt. Damit ist eine schnelle und zuverlässige Option gegeben das Dochtorgan in großen Stückzahlen in planbar ablaufenden Vorgängen herzustellen, wodurch eine effiziente und kostengünstige Herstellung erfolgen kann.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Anordnung eines Dochtorgans der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Einbringen des Dochtorgans als Modul in den Aufnahmeraum oder in einen Bereich des Aufnahmeraums erfolgt. Das Einbringen des Dochtorgans als Modul ermöglicht die Herstellung einer Verdampferkartusche, die konstante und reproduzierbare Verdampfungsbedingungen aufweist.
Gemäß zumindest einer vorzugsweisen Ausführungsform wird das Dochtorgans als Modul derart in dem Aufnahmeraum befestigt, dass bei einer Bewegung der Verdampferkartusche die Schüttung zumindest im Wesentlichen ortsstabil ist. Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit der Befestigung des Dochtorgans im Aufnahmeraum beschrieben, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass durch das Befestigen des Dochtorgans als Modul in dem Aufnahmeraum die mindestens initial kapillare Förderung der Flüssigkeit aufrechterhalten wird. Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits ebenfalls im Zusammenhang mit der Befestigung des Dochtorgans im Aufnahmeraum beschrieben, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Eine zweckmäßige Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung und/oder das Befestigen des Dochtorgans als Modul in der Verdampferkartusche als Bestandteil eines Inhalators in einem automatisierten Herstellungsprozess erfolgt. Damit ist eine schnelle und zuverlässige Option gegeben, eine Verdampferkartusche bzw. einen Inhalator in großen Stückzahlen in planbar ablaufenden Vorgängen herzustellen, wodurch eine effiziente und kostengünstige Herstellung erfolgt.
Weitere zweckmäßige und/oder vorteilhafte Merkmale und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung sowie der Anordnung eines Dochtorgans unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dochtorgans im Teilschnitt, und
2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Verdampferkartusche mit einem Dochtorgan im Teilschnitt.

Das Dochtorgan zur Anordnung in einer Verdampferkartusche als Bestandteil eines Inhalators dient zur Förderung von Flüssigkeit, um ein Inhalieren von mit Wirkstoffen, z.B. Nikotin, angereichertem Dampf und/oder Aerosolen aus Flüssigkeiten vornehmen zu können und ist entsprechend im Zusammenhang mit einer E-Zigarette beschrieben. Die Verdampferkartusche und der Inhalator sind in gleicher Weise zum Inhalieren von mit medizinischen Wirkstoffen angereichertem Dampf aus pharmazeutischen und/oder nahrungsergänzenden Produkten einsetzbar. Der Herstellungsprozess sowie die Anordnung eines Dochtorgans sind sowohl manuell als auch automatisierbar möglich.
Die im Folgenden beschriebenen Merkmale und Weiterbildungen stellen für sich betrachtet oder in Kombination miteinander bevorzugte Ausführungsformen dar. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Merkmale, die in den Ansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder der Zeichnung zusammengefasst oder in einer gemeinsamen Ausführungsform beschrieben sind, auch funktional eigenständig die Erfindung weiterbilden können.
In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellten Dochtorgans 10 dargestellt. Ein Dochtorgan 10 zur Anordnung in einer Verdampferkartusche 11 (siehe 2) als Bestandteil eines - in den Zeichnungen nicht gezeigten - Inhalators ist bereitgestellt. Das Dochtorgan 10 ist dabei flüssigkeitspermeabel ausgebildet, derart, dass eine Flüssigkeit mindestens initial kapillar durch das Dochtorgan 10 förderbar ist. Das Dochtorgan 10 wird durch Einbringen einer - in den Zeichnungen nur als vereinzelt dargestellte, angedeutete - Vielzahl dicht aneinander liegender granulatartiger Körner 12 in einen formgebenden Körper 13 gebildet. Der formgebende Körper 13 kann beispielsweise ein Abschnitt in einer Kartusche sein oder eine Form zur Herstellung des Dochtorgans 10 als Modul.
In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellten Dochtorgans dargestellt. Die dargestellte Verdampferkartusche 11 umfasst einen Hohlkörper 14 mit einem durchgängigen Strömungskanal 15 sowie einen Vorratstank 16 zum Bevorraten von Flüssigkeit, wobei der Vorratstank 16 mindestens eine Zugangsöffnung 17 zum Strömungskanal 16 aufweist und im Bereich jeder Zugangsöffnung 17 eine sich über die gesamte Zugangsöffnung 17 erstreckende Verdampfereinheit 18 angeordnet ist, die das Dochtorgan 10 und ein Heizorgan 19 aufweist, wobei das Dochtorgan 10 sowie die gesamte Verdampfereinheit 18 flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass die Flüssigkeit mindestens initial kapillar aus dem Vorratstank 16 durch die Verdampfereinheit 18 in Richtung des Strömungskanals 15 förderbar ist. Dabei wird das Dochtorgan 10 durch Einbringen der - in den Zeichnungen nur als vereinzelt dargestellte - Vielzahl granulatartiger Körner 12 in einen Aufnahmeraum 20 gebildet.
Das Einbringen der Körner 12 kann sowohl in den formgebenden Körper 13 als auch in den Aufnahmeraum 20 im Wesentlichen auf analoge Weise erfolgen. Bei einem Einbringen der Körner 12 in den formgebenden Körper 13 wird das daraus hergestellte Dochtorgan 10 regelmäßig in einem weiteren Verfahrensschritt einem entsprechenden Bauteil einer Verdampferkartusche 11 zugeführt. Sofern das Einbringen der Körner 12 direkt in den Aufnahmeraum 20 einer Verdampferkartusche 11 erfolgt, befindet sich das daraus gebildete Dochtorgan 10 in der Regel bereits in dem bestimmungsgemäßen Verwendungsort.
Der formgebende Körper 13 oder der Aufnahmeraum 20 kann jede beliebige Form und/oder Kontur aufweisen. Im Beispiel der 1 ist der formgebende Körper 13 z.B. durch umlaufende Wandelemente 21 sowie ein Bodenelement 22 begrenzt. Der Aufnahmeraum 20 in 2 ist ebenfalls durch umlaufende Wandelemente 21 sowie ein Bodenelement 22 begrenzt, wobei in der beispielhaften Ausführungsform der 2 das Bodenelement 22 durch das Heizorgan 19 gebildet ist. Die Körner 12 werden als Schüttung in den formgebenden Körper 13 oder den Aufnahmeraum 20 eingebracht. Die eingebrachte Schüttung wird durch die Wandelemente 21 sowie das Bodenelement 22 bzw. das Heizorgan 19 jeweils in der Ausdehnung begrenzt, weshalb die Formgebung des Dochtorgans 10 aufgrund der Kontur der jeweiligen Wand- und Bodenelemente 21, 22 beeinflusst wird. Bei einer Anordnung der Schüttung auf das Heizorgan 19 in dem Aufnahmeraum 20 ist zumindest ein Teil der Körner 24 in direktem Kontakt mit zumindest einem Teil des Heizorgans 19 angeordnet.
Das Einbringen der Körner 12 in den formgebenden Körper 13 oder in den Aufnahmeraum 20 erfolgt vorzugsweise als lose Schüttung. Die Körner 12 der Schüttung können hinsichtlich ihrer Materialauswahl und/oder ihrer Größe gleich und/oder ungleich ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform können die Körner 12 auch als miteinander verbundene Schüttung in den formgebenden Körper 13 oder in den Aufnahmeraum 20 eingebracht werden. Dafür werden die Körner 12 in einem vorgeschalteten Verfahrensschritt vorzugsweise mit einem Liquid versetzt und anschließend beispielsweise pastös in den formgebenden Körper 13 oder in den Aufnahmeraum 20 eingebracht. Die Schüttung kann ferner mit weiteren Zusatz- oder Hilfsstoffen versetzt sein, in unterschiedlichen Aggregatszuständen, mittels thermischer Behandlung oder durch vorgeschaltete Behandlung der Körner 12 in den formgebenden Körper 13 oder in den Aufnahmeraum 20 eingebracht werden.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die lose Schüttung der Körner 12 innerhalb des formgebenden Körpers 13 oder des Aufnahmeraums 20 zu einer miteinander verbunden Schüttung ausgebildet werden, so dass auf diese Weise das Dochtorgan 10 gebildet wird.
Die Körner 12 zur Erzeugung der Schüttung können die gleiche Größe aufweisen, also in einem Größenbereich liegen. Die Körner 12 können jedoch unterschiedliche Größen, also in unterschiedlichen Größenbereichen liegen. Bevorzugt beträgt die Korngröße zwischen 0,1 µm und 2mm und besonders bevorzugt zwischen 3µm und 300µm. Rein beispielhaft können alle Körner 12 in einem Größenbereich zwischen 50µm und 100µm (entspricht einem Größenbereich) liegen. Die Körner 12 eines Dochtorgans 10 können aber auch innerhalb des formgebenden Körpers 13 oder des Aufnahmeraum 20 unterschiedliche Korngrößen aufweisen. Insbesondere kann die Korngröße bei dem Einbringen der Körner 12 in den Aufnahmeraum 20 in Richtung des Strömungskanals 15 lokal unterschiedliche Korngrößen aufweisen. So können dem Vorratstank 16 nahestehende Schichten des Dochtorgans 10 Körner 12 mit einer Korngröße von z.B. 200µm bis 300µm (entspricht einem Größenbereich) aufweisen, während dem Strömungskanal 15 nahestehende Schichten des Dochtorgans 10 Körner 12 mit einer Korngröße von z.B. 50µm bis 100µm (entspricht einem Größenbereich) aufweisen. Durch die Wahl der Korngrößen und der jeweiligen Verteilung z.B. in Schichten mit Körnern 12 unterschiedlicher Größenbereiche lässt sich u.a. der Strömungswiderstand des Dochtorgans 10 individuell, letztlich sogar auch erst bei der Schüttung, einstellen. Durch die Auswahl der eingesetzten Korngrößen in einem Dochtorgan 10 lässt sich ein individueller Porengradient für das Dochtorgan 10 einstellen. Die maximale Korngröße liegt in Abhängigkeit der Fließeigenschaft der jeweils zu fördernden Flüssigkeit jeweils außerhalb einer die kapillare Förderung ausschließenden Größe. Anders ausgedrückt dürfen die Körner 12 nur so groß sein, dass sie als Dochtorgan 10 noch eine kapillare Wirkung erzeugen.
Alle Körner 12 können aus demselben Material bestehen. Die Körner 12 können jedoch auch aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien bestehen. Vorzugsweise bestehen die Körner 12 aus Sand (Quarz) und/oder Graphit. Als Materialien kommen aber auch diverse andere Materialien oder Materialmischungen in Frage. Bevorzugte Materialien für die Körner 12 sind z.B. PEEK-Granulat (Polyetheretherketon-Granulat), PEK-Granulat (Polyetherketon-Granulat), PA-Pulver, VM17-Granulat, Glas, Steatit, Siliziumdioxid, Lignin, Aerogel, Viton, Silikon, Asche, Charcoal, Betonit, Zeolith, Diatomit, Magnesiumsilikat, Korund, Kieselgur, gemahlener Porphyr sowie Mischungen daraus. Besonders bevorzugt bestehen die Körner 12 eines Dochtorgans 10 ausgehend vom Vorratstank 16 in Richtung des Strömungskanals 15 lokal aus unterschiedlichen Materialien. Als lokale Anordnung ist z.B. ein schichtweiser Aufbau von Körnern 12 aus jeweils gleichem Material zu verstehen.
Durch die Auswahl der Materialien der Körner 12 eines Dochtorgans 10 lassen sich verschiedene Eigenschaften des Dochtorgans 10 einstellen. Beispielsweise können Körner 12 mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten eingesetzt werden. Besonders bevorzugt nimmt die Wärmeleitfähigkeit der Körner 12 ausgehend vom Vorratstank 16 in Richtung des Strömungskanals 15 kontinuierlich oder schritt- bzw. schichtweise zu. Eine besonders wärmeleitfähige Schicht kann z.B. im Grenzbereich zum Strömungskanal 15 gebildet sein, während in Richtung des Vorratstanks 16 eine Schicht mit nur geringer Wärmeleitfähigkeit gebildet ist. Die unterschiedliche Materialauswahl der Körner 12 führt auch dazu, dass die Körner 12 z.B. kompressibel ausgebildet sein können. In Abhängigkeit der Größe des Anpressdruckes, mit dem die Körner 12 z.B. in den formgebenden Körper 13 oder in den Aufnahmeraum 20 eingebracht werden, kann durch elastische Verformung aktiv Einfluss auf die Größe der Poren einzelner Körner 12 oder benachbarter Körner 12 genommen werden.
Es lassen sich auch mehrschichtige Dochtorgane 10 bilden. In einer Ausführungsform kann eine erste Schicht mit Körnern 12 einer ersten Kornart gebildet sein. Eine zweite Schicht ist mit Körnern 12 einer zweiten Kornart gebildet. Eine dritte Schicht ist wieder mit der ersten Kornart gebildet. Die Körner 12 der zweiten Kornart in der mittleren Schicht weisen eine spezifische Eigenschaft auf, die z.B. mittels eines Mikrocontrollers einer - in den Zeichnungen nicht gezeigten - Steuereinheit detektierbar ist. Während des Betriebs der Verdampferkartusche 11 führt z.B. eine Änderung der Benetzung der Körner 12 in der zweiten Schicht zu einer detektierbaren Änderung der spezifischen Eigenschaft der zweiten Kornart. Über einen - in den Zeichnungen nicht gezeigten - Mikrocontroller, der z.B. ein Sensor sein kann, wird diese Änderung detektiert. Mittels der Steuereinheit kann dann in den Verdampfungsprozess regelnd eingegriffen werden.
Es lassen sich auch Dochtorgane 10 bilden, indem in einer Ausführungsform mindestens ein Liquid während des Herstellungsvorgangs zu den Körnern 12 zugefügt wird, oder in einer weiteren Ausführungsform die Körner 12 einem Liquid zugefügt werden. Das Liquid kann beispielsweise aus der zu fördernden bzw. zu verdampfenden Flüssigkeit bestehen, die beispielsweise Glycerin, Propylenglycol und ggf. weitere Wirkstoffe und/oder Geschmacksstoffe enthält, oder kann ein Hilfsstoff zur Erzeugung einer miteinander verbundenen Schüttung sein. Weiterhin lässt sich die Schüttung aufgrund eines zugeführten Liquids auf einfache Art und Weise miteinander verbinden, und in einer weiteren Ausführungsform, beispielsweise durch Gefrieren, in dem Aggregatzustand verändern. Eine Bearbeitung der Schüttung kann beispielsweise auch durch ein Verpressen der Körner 12, durch ein zumindest oberflächliches Erhitzen der Schüttung oder durch Druckbeaufschlagung der Schüttung erfolgen.
Die Körner 12 des Dochtorgans 10 können gleiche oder unterschiedliche geometrische Formen aufweisen. Die Körner 12 können beispielsweise nadelförmig, kugelförmig, in der Form eines Reiskorns oder auch dreieckig oder unregelmäßig sein. Die Körner 12 können abgerundete Kanten aufweisen oder scharfkantig ausgebildet sein. Unter dem Begriff „Körner“ werden ausdrücklich keine faserigen Elemente verstanden, also keine dünnen, feinen, fadenförmigen Gebilde. In Abhängigkeit der jeweiligen Form oder Kombination von Formen der Körner 24 und deren Korngröße können z.B. longitudinale und/ oder sphärische Poren gebildet sein. Die Poren können auch unregelmäßig ausgebildet sein. Die Körner 12 und somit die Schüttung können auch mindestens teilweise magnetisch oder elektrostatisch behandelt werden oder sein. Dadurch lassen sich die Körner 12 z.B. während des Einbringens/Schüttens oder nach dem Schüttvorgang in dem formgebenden Körper 13 bzw. dem Aufnahmeraum 20 durch Anlegen eines externen Magnetfeldes bzw. einer elektrostatischen Ladung in gewünschte Ausrichtungen ausrichten. Mit der Möglichkeit der Ausrichtung der Körner 12, z.B. können nadelförmige Körner 12 senkrecht zum Strömungskanal 15 ausgerichtet werden, lassen sich die Eigenschaften des Dochtorgans 10 individuell bestimmen, um das Dochtorgan 10 z.B. als Rückschlagventil oder als Steuerventil einsetzen zu können.
Weiterhin kann nach dem Anordnen des Dochtorgans 10 in der Verdampferkartusche 11 die miteinander verbundene Schüttung wieder in eine lose Schüttung gebracht werden. Dies kann beispielsweise dann erfolgen, wenn die dafür eingesetzten externen Einflüsse, wie das Ändern des Aggregatzustands, das Magnetisieren, das elektrostatische Behandeln etc., nur temporär zu einem miteinander Verbinden der Schüttung geführt haben. Auf diese Weise kann das Dochtorgan 10 passgenau in dem Aufnahmeraum 20 positioniert und das Einsetzen bzw. das Einfüllen erleichtert werden. Ferner können gegebenenfalls vorhandene Lücken oder Spalte durch die vereinzelten Körner 12 gefüllt werden, was zu einem zuverlässigeren Flüssigkeitstransport innerhalb der Verdampfereinheit 18 führt.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist ferner ein in dem Aufnahmeraum 20 befestigtes Dochtorgan 10 gezeigt. Dazu wird das Dochtorgan 10, das beispielsweise in loser oder miteinander verbundener Schüttung vorliegen kann, mittels einer Befestigung gesichert. Auf diese Weise ist bei einer Bewegung der Verdampferkartusche 11 die Schüttung der Körner 12 zumindest im Wesentlichen ortsstabil. Die Sicherung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Besonders einfach ist die mechanische Sicherung, beispielsweise durch ein Deckelelement 23. Optional sind aber auch chemische, elektrostatische, pneumatische oder magnetische Sicherungen einsetzbar. Alle Sicherungen sind jedoch in Richtung des Vorratstanks 16 flüssigkeitspermeabel ausgebildet und gewährleisten die Flüssigkeitskopplung zwischen dem Vorratstank 16 und dem Heizorgan 19. Mittels der Befestigung der Schüttung in dem Aufnahmeraum 20 wird die mindestens initial kapillare Förderung der Flüssigkeit aufrechterhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Herstellung des Dochtorgans 10 als - in den Zeichnungen nicht gezeigtes - Modul derart, dass das Modul in einem - in den Zeichnungen nicht gezeigten - Herstellungsprozess automatisiert einer Verdampferkartusche 11 und/oder einem Inhalator zuführbar ist oder zugeführt wird. Ferner kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Anordnung und/oder das Befestigten des Moduls in einem Herstellungsprozess erfolgen. Dazu wird das gebildete Modul vorzugsweise mittels einer weiteren Vorrichtung sowie eines weiteren Verfahrensschritts dem Aufnahmeraum 20 einer Verdampferkartusche 11 zugeführt. Das Modul kann beispielsweise in dem Aufnahmeraum 20 verklebt, eingeschraubt, eingedrückt oder mittels eines Deckelelements 23 fixiert werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Dochtorgans (10) zur Anordnung in einer Verdampferkartusche (11) als Bestandteil eines Inhalators, wobei das Dochtorgan (10) flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass eine Flüssigkeit mindestens initial kapillar durch das Dochtorgan (10) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dochtorgan (10) durch Einbringen einer Vielzahl granulatartiger Körner (12) in einen formgebenden Körper (13) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Körner (12) in den formgebenden Körper (13) als lose Schüttung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des formgebenden Körpers (13) ein Ausbilden der losen Schüttung zu einer miteinander verbundenen Schüttung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise der Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung ein Liquid zugegeben wird, oder die Schüttung in ein in dem formgebenden Körper (13) befindliches Liquid zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aggregatzustand der Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung geändert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung elektrostatisch behandelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung magnetisiert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung druckbeaufschlagt und/oder Temperatur zugeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Dochtorgans (10) als Modul erfolgt, derart, dass das Modul in einem Herstellungsprozess automatisiert einer Verdampferkartusche (11) und/oder einem Inhalator zuführbar ist oder zugeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Dochtorgans (10) zur Anordnung in einer Verdampferkartusche (11) als Bestandteil eines Inhalators, wobei die Verdampferkartusche (11) einen Hohlkörper (14) mit einem Strömungskanal (15), einen Vorratstank (16) zum Bevorraten von Flüssigkeit, der mindestens eine Zugangsöffnung (17) zum Strömungskanal (15) aufweist, sowie einen Aufnahmeraum (20) zum Aufnehmen einer Verdampfereinheit (11) umfasst, die das Dochtorgan (10) und ein Heizorgan (19) aufweist, wobei die Verdampfereinheit (18) flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass Flüssigkeit mindestens initial kapillar aus dem Vorratstank (16) durch die Verdampfereinheit (18) in Richtung des Strömungskanals (15) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Dochtorgans (10) eine Vielzahl granulatartiger Körner (12) in wenigstens einen Teil des Aufnahmeraums (20) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Körner (12) in den Aufnahmeraum (20) als lose Schüttung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Aufnahmeraums (20) ein Ausbilden der losen Schüttung zu einer miteinander verbundenen Schüttung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise der Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung ein Hilfsstoff zugegeben wird, oder die Schüttung in ein in dem Aufnahmeraum (20) befindlichen Hilfsstoff zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aggregatzustand der Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung geändert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung elektrostatisch behandelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung magnetisiert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung zur Bildung der miteinander verbundenen Schüttung druckbeaufschlagt und/oder Temperatur zugeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung in mindestens einen Bereich des Aufnahmeraums (20) eingebracht wird und dabei zumindest ein Teil der Schüttung in direktem Kontakt mit dem Heizorgan (19) angeordnet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung derart in dem Aufnahmeraum (20) befestigt wird, dass bei einer Bewegung der Verdampferkartusche (11) die Schüttung zumindest im Wesentlichen ortsstabil ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Befestigen der Schüttung in dem Aufnahmeraum (20) die mindestens initial kapillare Förderung der Flüssigkeit aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Dochtorgans (10) in einem Herstellungsprozess automatisiert erfolgt.
Verfahren zur Anordnung eines nach Anspruch 9 hergestellten Dochtorgans (10) als Modul in einer Verdampferkartusche (11) als Bestandteil eines Inhalators, wobei die Verdampferkartusche (11) einen Hohlkörper (14) mit einem Strömungskanal (15), einen Vorratstank (16) zum Bevorraten von Flüssigkeit, der mindestens eine Zugangsöffnung (17) zum Strömungskanal (15) aufweist, sowie einen Aufnahmeraum (20) zum Aufnehmen einer Verdampfereinheit (18) umfasst, die das Dochtorgan (10) und ein Heizorgan (19) aufweist, wobei die Verdampfereinheit (18) flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass Flüssigkeit mindestens initial kapillar aus dem Vorratstank (16) durch die Verdampfereinheit (18) in Richtung des Strömungskanals (15) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des Dochtorgans (10) als Modul in den Aufnahmeraum (20) oder in einen Bereich des Aufnahmeraums (20) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Dochtorgan (10) als Modul derart in dem Aufnahmeraum (20) befestigt wird, dass bei einer Bewegung der Verdampferkartusche (11) die Schüttung zumindest im Wesentlichen ortsstabil ist.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Befestigen des Dochtorgans (10) als Modul in dem Aufnahmeraum (20) die mindestens initial kapillare Förderung der Flüssigkeit aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung und/oder das Befestigen des Dochtorgans (10) als Modul in der Verdampferkartusche (11) als Bestandteil eines Inhalators in einem automatisierten Herstellungsprozess erfolgt.