DE102020113955A1

DE102020113955A1 - Vorrichtung zum Mischen und Dosieren von Substanzen und Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102020113955A1
Application number: DE102020113955.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Brinz; Bilal El Kassem
Original assignee: Syntegon Technology GmbH
Current assignee: Syntegon Technology GmbH
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2040-05-26
Also published as: DE102020113955B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und Dosieren von Substanzen, die einen Behälter (30) zur Aufnahme einer Substanz mit einer Behälteröffnung (54) zur Abgabe der Substanz aus dem Behälter (30) sowie ein Dosierelement (61) und ein Mischelement (75) umfasst, wobei das Dosierelement (61) innerhalb der Behälteröffnung (54) des Behälters (30) derart bewegbar angeordnet ist, dass die Substanz mittels einer Bewegung des Dosierelements (61) durch die Behälteröffnung (54) freigebar und bei unbewegtem Dosierelement (61) im Behälter (30) zurückhaltbar ist, wobei das Mischelement (75) versetzt zum Dosierelement (61) angeordnet ist und mittels eines ersten Antriebs der Vorrichtung in einer Rotationsbewegung antreibbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen weiteren Antrieb umfasst, mit dem das Dosierelement (61) unabhängig vom Mischelement (75) in einer Rotationsbewegung antreibbar ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen und Dosieren von Substanzen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Gemäß den unabhängigen Anspruch 10 betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung.
Aus DE 10 2009 002 630 A1 ist eine solche Vorrichtung bereits bekannt. Diese bekannte Vorrichtung ist zur Fluidisierung schlecht fließender, pulverförmiger Substanzen vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter zur Aufnahme der zu dosierenden Substanz, wobei der Behälter eine Behälteröffnung mit einer Förderschnecke aufweist, die von einer Achse, die zentral im Behälter angeordnet ist, angetrieben wird. Die Achse ist mit einer Haltevorrichtung verbunden, in der mindestens ein Rührelement rotierbar aufgenommen ist. Das Rührelement weist eine Zahnscheibe auf, die mit einem Zahnkranz, der an der Behälterinnenwand positioniert ist, zusammenwirkt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Dosiergenauigkeit und/oder - geschwindigkeit einer gattungsgemäßen Vorrichtung noch weiter zu verbessern.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Zu der Erfindung gehört also zunächst eine Vorrichtung zum Mischen und Dosieren von Substanzen, die einen Behälter zur Aufnahme einer Substanz mit einer Behälteröffnung zur Abgabe der Substanz aus dem Behälter sowie ein Dosierelement und ein Mischelement umfasst, wobei das Dosierelement innerhalb der Behälteröffnung eines Behälters derart bewegbar angeordnet ist, dass die Substanz mittels einer Bewegung des Dosierelements durch die Behälteröffnung freigebar und bei unbewegtem Dosierelement im Behälter zurückhaltbar ist, wobei das Mischelement versetzt zum Dosierelement angeordnet ist und mittels eines ersten Antriebs der Vorrichtung in einer Rotationsbewegung antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen weiteren Antrieb umfasst, mit dem das Dosierelement unabhängig vom Mischelement in einer Rotationsbewegung antreibbar ist.
Dadurch, dass das Dosierelement unabhängig vom Mischelement bewegbar ist, erhöht sich die Dosierqualität der zu mischenden Substanz bzw. der zu vermischenden Substanzen.
Der Behälter kann damit sehr leicht, klein und kostengünstig ausgeführt sein und ermöglicht dennoch eine hohe Funktionalität und Flexibilität. Ein Mischelement und eine Dosiereinheit insbesondere mit einer Förderschnecke rotieren auf getrennten Achsen. Dazu brauchen keine Zahnräder vorgesehen sein. Stattdessen können Wälzlager vorgesehen sein.
Das First-in-first-out ist sichergestellt, was bedeutet das keine pulverförmigen Substanzreste zurückbleiben. Es wird immer Pulverfamilie Substanz umgesetzt. Die Verrechnung kann vollautomatisch ausgeführt sein, indem Sensoren und ein Roboterarm vorgesehen sind. Viele Behälter können mit der Substanz vor befüllt sein, sodass die Behälter schnell gewechselt werden können und Zeit eingespart werden kann.
Wenn nur ein einziger Behälter für das jeweilige Produkt verwendet wird, können Verunreinigungen und Infizierungen verhindert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Antrieb des Dosierelementes einen ersten Antriebsmotor aufweist, der über eine erste Kupplung mit dem Dosierelement kuppelbar ist und dass der weitere Antrieb einen zweiten Antriebsmotor aufweist, der über eine zweite Kupplung mit dem Dosierelement kuppelbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Dosierelement als Förderschnecke ausgebildet ist, die mittels des ersten Antriebsmotors innerhalb der Behälteröffnung drehbar ist, wobei die Behälteröffnung zylindrisch, insbesondere als Bohrung, ausgeführt ist und dass an einem Endbereich der Förderschnecke ein zylindrischer Verschlusskörper angeordnet ist, dessen Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser der Behälteröffnung ist, wobei der Verschlusskörper in der Behälteröffnung eine Verschlussstellung einnehmen kann, wobei der Verschlusskörper, insbesondere mittels eines dritten Antriebs, aus der Verschlussstellung heraus, insbesondere durch eine translatorische Bewegung entlang einer Längserstreckung der Förderschnecke bewegbar ist, um den Teil der Substanz freizugeben, der sich in einem außerhalb des Behälters und der Behälteröffnung verlagerten Gewindegang der Förderschnecke befindet. Somit können auch aktiv pharmazeutische Wirkstoffe, die fachsprachlich auch als API bezeichnet werden, gehandhabt werden. Der Behälter kann auf dem Arbeitstisch befüllt werden. Der Behälter ist dabei vorzugsweise durch den Verschlusskörper am Ende der Führungsspindel verschlossen.
Die Oberfläche der Förderschnecke weist vorzugsweise eine hohe Oberflächengüte auf.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Behälter eine Abdeckeinrichtung und eine Behälterwand umfasst, wobei die Abdeckeinrichtung abnehmbar an Behälterwand angeordnet ist, wobei der Verschlusskörper derart angeordnet ist, dass der Verschlusskörper in der Verschlussstellung verbleibt, wenn die Abdeckeinrichtung von einer Behälterwand abgenommen ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Behälter eine zumindest teilweise transparente Behälterwand umfasst, die mittels Zugankern zwischen einem trichterförmigen Gehäuseteil und einer Abdeckeinrichtung des Behälters gespannt ist, wobei an einem Auslassbereich des trichterförmigen Gehäuseteils die Behälteröffnung angeordnet ist. Die Transparenz des Behälters ermöglicht es, die Menge der Substanz im Behälter zu erkennen. Die Bauweise mit Zugankern, die vorzugsweise außerhalb des Behälters angeordnet sind, vereinfacht die Reinigung des Behälters, wenn Substanzen gewechselt werden müssen. Für das Öffnen und das Schließen zum Befüllen des Behälters müssen nämlich lediglich die Zuganker gelöst werden, die vorzugsweise als zwei lange Schrauben ausgeführt sein können. Als transparentes Material kann insbesondere Glas Anwendung finden. Damit kann nicht nur die Menge der Substanz beobachtet werden, sondern es kann auch das Verhalten der Substanz beobachtet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Dosierelement drehfest an einer Welle angeordnet ist, die durch einen Innenraum des Behälters und durch eine Abdeckeinrichtung des Behälters hindurch ragt, und dass das Mischelement

- radial außerhalb einer Drehachse der Welle angeordnet ist und
- insbesondere mit einem hohlen Trägerteil verbunden ist, das mittels eines Lagers drehbar in einem Hauptteil der Abdeckeinrichtung aufgenommen ist, insbesondere wobei das Lager mittels einer Dichtung gegen den Innenraum des Behälters abgedichtet ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Verschlusskörper mittels des dritten Antriebs aus der Verschlussstellung heraus verschoben werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, der Verschlusskörper über eine Feder an einer Abdeckeinrichtung abgestützt ist, sodass der vom dritten Antrieb unbetätigte Verschlusskörper mittels der Feder in der Verschlussstellung gehalten ist. Damit wird sichergestellt, dass kein Substrat während des Transports Austritt, sodass auch die Sauberkeit verbessert wird bzw. weniger Verschmutzung auftritt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der dritte Antrieb einen Antriebsmotor aufweist, mit dem ein Hubelement heb- und senkbar ist, an dem zumindest der Antrieb des Dosierelements angeordnet ist. Eine hin und her Bewegung der Förderschnecke hat sich bei einer Vielzahl von insbesondere pulverförmigen Substanzen als effizient zur Dosierung erwiesen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Abdeckeinrichtung einen Luftfilter aufweist, der Partikel der Substanz innerhalb des Behälters zurückhält. Es können insbesondere zwei oder mehr Luftfilter vorgesehen sein.
Die Drehzahl des Antriebsmotors und damit die Drehzahl des Dosierelements kann abhängig von den Eigenschaften des jeweilig verwendeten Substrats eingestellt werden. Es können verschiedene Dosierelemente und Mischelemente verwendet werden. Und Buchsen verwendet werden. Das du sie Element kann insbesondere eine Förderschnecke aufweisen. Diese Förderschnecke kann sich insbesondere innerhalb einer Behälteröffnung drehen, die durch eine Buchse gebildet ist. Diese Buchse kann ebenso wie die Förderschnecke und die Mixelemente gewechselt werden, wobei verschiedene Bauformen Anwendung finden können. Mit einer sehr kleinen Führungsspindel können auch sehr kleine Mengen dosiert werden. Auf der anderen Seite können auch größere Mengen Substrat dosiert werden, indem lediglich eine andere Bauform der Führungsebene verwendet wird und indem eine kleine Dosierbuchse verwendet wird, wo nur ein großer Öffnungsdurchmesser benötigt wird. Eine konische Förderschnecke, die von oben eingeführt wird, hat sich gegenüber Standard Förderschnecke als besonders genau dosierend erwiesen.
Mittels der Vorrichtung braucht die insbesondere pulverförmige Substanz nur geringfügig in der Buchse komprimiert werden.
Nach dem dosieren kann der Behälter wieder geschlossen werden und auf den Arbeitstisch zurückgestellt werden. Die Überreste können genommen und wiedergenutzt werden. Der Behälter kann auf dem Arbeitstisch gereinigt werden. Keine Reinigung im Bereich der Behälteröffnung ist notwendig, weil die gegebenenfalls starke pharmazeutische Substanz im Behälter verbleibt.
Das Reinigen des Behälter kann an einer Stelle erfolgen, die entfernt ist von der im betriebsmäßig laufenden Vorrichtung, so dass Verunreinigungen ausgeschlossen werden können. Damit wird die kontinuierliche Fertigungszeit erhöht. Keine Zeit wird verschwendet um das darauf zu warten, dass die Vorrichtung vor Ort gereinigt wird. Dadurch wird Zeit gespart und der Betrieb einer parallel laufenden back-up Vorrichtung verhindert.
Bis zu 100% des Behälters können dosiert werden, wodurch Reste insbesondere des sehr teuren aktiv pharmazeutischen Wirkstoffs eingespart werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann leichtgewichtig, kostengünstig und als eigenständiges Gerät ausgeführt sein.
Wenn der Behälter mittels Kupplungen von den Antriebsmotoren gelöst wird, besteht die Möglichkeit, verschiedene Behältertypen zu verwenden. Die Wartung der Vorrichtung wird vereinfacht.
Die Vorrichtung kann eine Waage und eine Wiegeplattforn aufweisen, die das Gewicht der Substanz mit einer hohen Genauigkeit anzeigt, wobei die Anzeigeauflösung beispielsweise 20mg betragen kann. Die Waage keine eine benutzerfreundliche Software aufweisen, sodass die Einstellungen der Waage einfach an die verschiedenen Umgebungsbedingungen und Messkonditionen angepasst werden kann. Die Vorrichtung kann direkt mit Steuersystem wie beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS bzw. PLC) verbunden werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung. Dabei ist vorgesehen, dass

- in einem ersten Verfahrensschritt ein erster Antriebsmotor mit einem Dosierelement eines Behälters gekoppelt wird und ein zweiter Antriebsmotor mit einem Mischelement des Behälters gekoppelt wird, indem ein dritter Antriebsmotor den ersten und den zweiten Antriebmotor in Richtung des Behälters bewegt;
- in einem zweiten Verfahrensschritt das Mischelement vom zweiten Antriebsmotors angetrieben wird und zumindest eine Substanz innerhalb des Behälters mischt während der erste Antriebsmotor das Dosierelement zur Förderung der Substanz innerhalb einer Behälteröffnung dreht; und
- im dem zweiten oder einem dritten Verfahrensschritt das Dosierelement mittels des dritten Antriebsmotors wiederholt gesenkt und angehoben wird und das Dosierelement dabei zumindest teilweise aus der Behälteröffnung heraus und wieder herein translatorisch verschoben wird und somit aus dem Behälter Substanz in einer dosierten Menge herausgefördert wird,
- wobei in einem anschließenden Verfahrensschritt der dritte Antriebsmotor das Dosierelement so weit anhebt, dass ein Verschlusskörper des Dosierelements die Behälteröffnung verschließt.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der dritte Antriebsmotor den ersten Antriebsmotor in einem weiteren Verfahrensschritt so weit von dem Mischelement und dem Dosierelement abhebt und damit das Mischelement und das Dosierelement von deren jeweiligen Antrieb entkoppelt, dass der Behälter entnommen werden kann.
Ausführungsbeispiel
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnung erläutert werden.
Es zeigen:

1 eine Seitenansicht auf eine Vorrichtung zum Mischen von Substanzen in einem Behälter und zum Dosieren der Substanzen;
2 die Vorrichtung nach 1 in einer perspektivischen Ansicht;
3 den Behälter aus 1 und 2 in einer geschnittenen Darstellung;
4 ein Detail des Behälters aus 3;
5 ein Detail im Bereich von zwei Kupplungen zur Übertragung von Drehbewegungen auf ein Mischelement und ein Dosierelement des Behälters; und
6 die Vorrichtung in einer Darstellung analog 1 wobei jedoch u. a. der Behälter geschnitten dargestellt ist und wobei die zwei Antriebsmotoren im Gegensatz zur Darstellung nach 1.

Die nachfolgenden Angaben „unten“, „oben“, „unterhalb“ etc. beziehen sich auf die Einbaulage der zum Betrieb auf einen Boden, insbesondere einen Arbeitstisch, gestellten Vorrichtung.
1 zeigt eine Vorrichtung zum Mischen und Dosieren von Substanzen. Mit der Vorrichtung können verschiedene pulverförmige Substanzen gemischt und dosiert werden. Die Substanzen können beispielsweise pharmazeutische Substanzen oder Pulver der kombinatorischen Chemie sein. Alternativ kann auch eine einzige Substanz durchmischt und dosiert werden.
Die Vorrichtung weist als Basis eine Waage 2 auf, die waagerecht auf dem Boden 4 steht und einstellbare Füße 6 aufweist, mit denen die Waage 2 waagerecht ausgerichtet ist. Die Waage 2 weist eine Wiegeplattform 8 auf, an der ein Stützpfosten 10 befestigt ist, der sich senkrecht von der Wiegeplattform 8 nach oben erstreckt. Am oberen Bereich des Stützpfostens 10 ist eine Linearführung 12 angeordnet, an der ein Tragarm 13 linear geführt ist, sodass der Tragarm 13 höhenverstellbar ist. Ein elektrischer Antriebsmotor 14 ist unterhalb der Linearführung 12 an dem Stützpfosten 10 befestigt und über einen Spindeltrieb 16 mit dem Tragarm 13 gekoppelt. Mit dem bestromten Antriebsmotor 14 kann der Tragarm 13 angehoben und gesenkt werden.
An dem Tragarm 13 sind zwei weitere Antriebsmotoren 18, 20 befestigt, die nachfolgend als erster Antriebsmotor 18 und als zweiter Antriebsmotor 20 bezeichnet werden, wohingegen der Antriebsmotor für die Höhenverstellung als dritter Antriebsmotor 14 bezeichnet wird.
Die drei Antriebsmotoren 18, 20, 14 sind vorzugsweise als Servomotoren ausgeführt. Die Drehzahl des ersten Antriebsmotors 18 kann unabhängig von der Drehzahl des zweiten Antriebsmotors 20 geregelt oder gesteuert werden.
Der erste und der zweite Antriebsmotor 18, 20 sind parallel zueinander ausgerichtet. Der erste Antriebsmotor 18 weist eine Antriebswelle 22 auf. Koaxial zu dieser Antriebswelle 22 ist eine Hohlwelle 24 angeordnet, die von einer Antriebswelle 22 des zweiten Antriebsmotors 20 über einen Zahnriemen 26 angetrieben wird. Mit dem Zahnriemen 26 wird eine getriebliche Verbindung mit einer Übersetzung ins Langsame gebildet. Dazu ist die nicht näher ersichtliche Antriebswelle des zweiten Antriebsmotors 20 drehfest mit einem Ritzel 28 verbunden, in dessen Zähne die Zähne des Zahnriemens 26 eingreifen, der zudem in Zähne eingreift, die auf der Außenseite der Hohlwelle 24 angeordnet sind. Radial innerhalb der Hohlwelle 24 ist die Antriebswelle 22 des ersten Antriebsmotors 18 angeordnet.
Unterhalb der Hohlwelle 24 bzw. der Antriebswelle 22 ist ein Behälter 30 angeordnet, der an dessen oberem Ende mit einer Abdeckeinrichtung 32 verschlossen ist. Aus der Abdeckeinrichtung 32 ragt ein Anschlussstück heraus, das koaxial zu der Hohlwelle 24 und der Antriebswelle 22 des ersten Antriebsmotors 18 ausgerichtet ist. Am unteren Ende des Behälters 30 weist derselbe ein trichterförmiges Gehäuseteil 36 auf, das über eine Trageinrichtung 38 an der Wiegeplattform 8 befestigt ist. Unterhalb des trichterförmigen Gehäuseteils 36 ist ein Sammelbehälter 39 aufgestellt, dessen Oberseite zur offen ist, sodass der Sammelbehälter 39 aus dem trichterförmigen Gehäuseteil 36 herausfallendes Substrat aufnehmen kann.
2 zeigt die Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht, wobei ersichtlich ist, dass der zweite Antriebsmotor 20 in einer Öffnung 40 des Tragarms 13 aufgenommen und an ein tiefer gesetztes Anschraubteil 42 des Tragarms 13 geschraubt ist. Hingegen ist das Gehäuse des ersten Antriebsmotors 18 unmittelbar an den Tragarm 13 geschraubt. Durch diesen Versatz steht unter dem ersten Antriebsmotor 18 Bauraum für ein Aufnahmeteil 43 zur Verfügung, an dem die Hohlwelle 24 befestigt ist. Dadurch können der erste und der zweite Antriebsmotor 18, 20 als Gleichteile ausgeführt sein.
3 zeigt den Behälter 30 als Einzelteil. Der Behälter 30 weist eine transparente Behälterwand 44 aus Glas oder Kunststoff auf, die mittels Zugankern 46 zwischen dem trichterförmigen Gehäuseteil 36 und der Abdeckeinrichtung 32 des Behälters 30 gespannt ist. Die Zuganker 46 sind als lange Schrauben ausgeführt, die von oben durch Durchgangslöcher eines ersten Überwurfrings 50 eines Gehäuseteils 48 der Abdeckeinrichtung 32 gesteckt sind und in Gewindelöcher eines zweiten Überwurfrings 50 geschraubt sind, der eine Oberkante des trichterförmigen Gehäuses 36 gegen eine Unterkante der Behälterwand 44 drückt. Damit ist im Bereich der Überwurfringe 47, 50 eine Dichtheit gewährleitstet, die sicherstellt, dass eine in dem Behälter 30 befindliche pulverförmige Substanz an den Überwurfringen 47, 50 nicht aus dem Behälter 30 austreten kann.
Am unteren Ende und mittig des trichterförmigen Gehäuseteils 36 ist ein zapfenförmig auslaufender Auslassbereich 51 angeordnet. In den Auslassbereich 51 ist eine Buchse 52 eingesetzt. An der Innenseite der Buchse 52 ist eine zentrale Behälteröffnung 54 gebildet, die im Zustand nach 3 durch einen Verschlusskörper 56 verschlossen ist.
Der Verschlusskörper 56 ist zylindrisch und weist einen Außendurchmesser auf, der gleich dem Innendurchmesser der Behälteröffnung 54 ist. Dazu ist eine entsprechende Passung vorgesehen.
Der Verschlusskörper 56 ist am unteren Ende einer mehrteiligen Welle 58 angeordnet. In Richtung auf das obere Ende der Welle 58 schließt sich dem Verschlusskörper 56 eine konische Förderschnecke 60 an. Der dem Verschlusskörper 56 unmittelbar benachbarte Bereich der Förderschnecke 60 ist innerhalb der Behälteröffnung 54 angeordnet. Die Förderschnecke 60 und der Verschlusskörper 56 bilden ein Dosierelement 61.
Die Welle 58 umfasst außer einen unteren Wellenteil 62 noch einen oberen Wellenteil 64, in den das untere Wellenteil 62 eingeschraubt ist.
Dazu weisen die auch aus 4 ersichtlichen Wellenteile 62, 64 eine Verbindung auf, die aus einem Gewindebolzen und einem Gewindesackloch besteht. Am oberen Ende weist die Welle 58 ein erstes Kupplungsteil 66, das als Werkzeugangriff ausgeführt ist, der hier durch einen Kopf einer Schraube gebildet ist. Der Kopf weist ein gerundetes Sechskantprofil auf. Die Schraube ist in ein Gewindesackloch der Welle 58 eingeschraubt.
Die Welle 58 ist in der Abdeckeinrichtung 32 translatorisch verschiebbar und drehbar aufgenommen. Dazu sind mehrere Lager vorgesehen, die als Wälzlager mir Kugeln ausgeführt sind. Ein oder mehrere Lager könnten jedoch auch mit anderen Wälzkörpern oder als Gleitlager ausgeführt sein.
Die Lager umfassen zum einen ein Linearlager 68, mit dem eine translatorische Bewegbarkeit der Welle 58 innerhalb der Abdeckeinrichtung 32 gewährleistet ist, wodurch auch eine translatorische Bewegbarkeit des Verschlusskörpers 56 und der Förderschnecke 60 gegenüber der Behälteröffnung 54 gewährleistet ist. Zum anderen umfassen die Lager Radialkugellager 70, 72. Die beiden bezüglich einer Längsachse der Welle 58 axial zueinander versetzt angeordneten Radialkugellager 70 lagern das Linearlager 68 drehbar innerhalb eines hohlen Trägerteils 74. Das hohle Trägerteil 74 ragt in einen Innenraum des Behälters 30 hinein und durch die Abdeckeinrichtung 32 des Behälters 30 hindurch. Das hohle Trägerteil 74 ist an dessen unterem Ende mit einem Mischelement 75 fest verbunden. Das Mischelement 75 ist radial außerhalb einer Drehachse der Welle 58 angeordnet und weist zwei Rührstäbe auf, die bezüglich der Längsachse der Welle 58 diametral zueinander angeordnet sind. Mithin ist versetzt zum Dosierelement 61 das mittels des zweiten Antriebsmotors 20 angetriebene Mischelement 75 vorgesehen. Insofern bildet der zweite Antriebsmotor 20 einen zweiten Antrieb, mit dem das Mischelement 75 in einer Rotationsbewegung antreibbar ist. Hingegen ist das Dosierelement 61 vom ersten Antriebsmotor 18 in einer Rotationsbewegung antreibbar, der insofern einen ersten Antrieb bildet.
Zwei weitere ebenfalls axial zueinander versetzt angeordnete Radialkugellager 70 lagern das hohle Trägerteil 74 drehbar innerhalb des Gehäuseteils 48 der Abdeckeinrichtung 32. Dazu sind diese Radialkugellager 70 in einem Halsbereich 76 des Gehäuseteils 48 aufgenommen.
Das Gehäuseteil 48 erstreckt sich ausgehend von dessen Fußteil 78 nach oben. Am Umfang des scheibenförmigen Fußteils 78 sind Öffnungen verteilt, in die Luftfilter 80 eingesetzt sind, die Partikel der Substanz innerhalb des Behälters 30 zurückhalten.
Am Übergangsbereich vom Fußteil 78 zum Halsteil 76 ist ein Dichtring 82 in den Halsteil 76 eingesetzt. Der Dichtring 82 ist als Radialwellendichtring ausgeführt, dessen Dichtlippe an der Mantelfläche des hohlen Trägerteils 74 anliegt. Dabei stellt dieser Dichtring 82 sicher, dass keine Partikel der Substanz aus dem Behälter 30 in den Bereich der äußeren Lager 72 gelangen können.
In das untere Ende des hohlen Trägerteils ist ein Federaufnahmegehäuse 84 eingeschraubt, an dessen unterem Ende ein Dichtring 86 eingesetzt ist, der an der Welle 58 anliegt. In Richtung axial nach oben folgt dem Dichtring 86 ein radial nach innen ragender Bund 88. An dem Bund 88 ist eine Feder 90 abgestützt, deren anderes Ende an einem Axialsicherungsring 92 abgestützt ist, der in eine Ringnut der Welle 58 eingesetzt ist. Dadurch ist die Welle 58 über die Feder 90 an der Abdeckeinrichtung 32 abgestützt.
Das hohle Trägerteil 74 ist mittels eines Deckels 94 verschlossen, der einen Teil des Linearlagers 68 aufnimmt. Im Deckel 94 und dem hohlen Trägerteil 74 sind Verbindungsstifte 96 aufgenommen, die sich parallel zur Längsachse der Welle 58 erstrecken.
Aus 5 ist ersichtlich, dass die Verbindungsstifte 96 zur Herstellung einer drehfesten Verbindung in der Hohlwelle 24 aufgenommen sind, wenn der Behälter 30 mit den beiden Antriebsmotoren 18, 20 gekoppelt ist. Dazu sind Buchsen in die Hohlwelle 24 eingesetzt, in die die Verbindungsstifte 96 eingesteckt sind. Insofern stellen die Verbindungsstifte eine erste Kupplungshälfte dar und die Buchsen stellen eine zweite Kupplungshälfte dar.
Die Hohlwelle 24 ist mittels Radialkugellagern 98 drehbar an einem Aufnahmeteil 43 aufgenommen, das bewegungsfest mit dem Tragarm 13 verbunden ist. Innerhalb des Aufnahmeteils 43, das hohl ist, ist die Antriebswelle 22 des ersten Antriebsmotors 18 angeordnet. Diese Antriebswelle 22 weist an deren Ende ein zweites Kupplungsteil 102 auf, das bei entsprechen weit abgesenkter Antriebswelle 22 mit dem ersten Kupplungsteil 66 am Ende der Welle 58 drehfest verbunden ist.
Nachfolgend wird insbesondere anhand von 6, aber auch der übrigen Figuren, die Funktion der Vorrichtung erläutert.
Das nachfolgend erläuterte Dosierprinzip basiert darauf, dass ein bestimmtes Gewicht der Substanz in einer bestimmten Zeit gleichmäßig durch die Behälteröffnung 54 des Behälters 30 abgegeben wird, indem die Dosiergeschwindigkeit gesteuert wird, was fachsprachlich auch als gravimetrische Dosierung bezeichnet wird. Dabei spielt die Dichte der Substanz eine Rolle, die durch die Komprimierung in der Förderschnecke 60 zunimmt.
Die Waage 2 berücksichtigt das Gewicht von den Aufbauten (Antriebsmotoren, Tragarm 13, etc.) und dem daran gekoppelten Behälter 30. Insofern wird das Anfangsgewicht der Substanz angezeigt, die in den Behälter 30 eingefüllt wurde.
Sobald die Vorrichtung mit dem Dosieren beginnt, verringert sich das Gewicht der Substanz innerhalb des Behälters 30 gleichmäßig, bis die gewünschte Menge erreicht ist. Dann wird der dritte Antriebsmotor 14 gestoppt, sodass sich die Welle 58 nicht mehr dreht. Wird die Drehung der Förderschnecke 60 gestoppt, so wird keine Substanz mehr aus dem Behälter 30 heraus gefördert.
Das sich verringernde Gewicht kann im Takt von wenigen Millisekunden gemessen werden.
Die freigegebene Menge an Substanz fällt durch die Gravitationskraft in den Sammelbehälter 39, sodass deren Gewicht nicht mehr die Wiegeplattform 8 belastet und insofern von der Waage 2 erfasst werden kann.
6 zeigt die Vorrichtung in einem Zustand, in dem das Dosierelement 61 innerhalb der Behälteröffnung 54 des Behälters 30 derart bewegt ist, dass die Substanz mittels einer Bewegung des Dosierelements 61 durch die Behälteröffnung 54 freigegeben ist. Für diese Freigabe wird der dritte Antriebsmotor 14 bestromt, der über den Spindeltrieb 16 und die Linearführung 12 den Tragarm 13 so weit absenkt, dass das axialfest an der Antriebswelle 22 des ersten Antriebsmotors 18 angeordnete zweite Kupplungsteil 102, das mit dem ersten Kupplungsteil 66 drehfest verbunden ist, die Welle 58 niederdrückt. Dadurch wird der Verschlusskörper 56 aus der Behälteröffnung 54 so weit herausgedrückt, dass ein zu ihm benachbarter Teil der Förderschnecke 60 ebenfalls aus der Behälteröffnung 54 herausgeschoben ist. Erst dann wird eine genau dosierte Menge der Substanz freigegeben. Dabei handelt es sich zunächst um die Menge Substanz, die sich in dem freigelegten Gewindegang der Förderschnecke 60 befand. Die freigegebene Menge kann durch Drehen der Förderschnecke 60 weiter erhöht werden. Mittels des dritten Antriebsmotors 14 kann die Förderschnecke 60 zur besonders genauen Dosierung translatorisch bewegt werden und dabei mehrfach aufeinanderfolgend Hub- und Senkbewegungen durchführen, die von der Feder 90 unterstützt werden.
In der Freigabestellung mit herausragendem Verschlusskörper 56 ist die Feder 90 gestaucht bzw. gespannt. Wird der Tragarm 13 wieder mittels des dritten Antriebsmotors 14 angehoben, so entspannt sich die Feder 90 und drückt die Welle 58 nach oben, sodass das Verschlusselement 56 die Behälteröffnung 54 wieder verschließt.
Das Mischen des Substrats kann unabhängig von der Bewegung des Dosierelementes 61 erfolgen; und zwar zeitlich vor, nach oder während des Dosierens. Zum Mischen des Substrats wird der zweite Antriebsmotor 20 bestromt und treibt über den Zahnriemen 26 und die Hohlwelle 24 das mit derselben über die Verbindungsstifte 96 gekoppelte hohle Trägerteil 74 an, an dem die Rührstäbe als Mischelement 75 befestigt sind.
Zum Beenden des Misch- und Dosierverfahrens bewegt der dritte Antriebsmotor 14 den Tragarm 13 so weit nach oben, dass die anderen beiden Antriebsmotoren 18, 20 mittels der beiden Kupplungen von den Kupplungshälften des Behälters 30 entkoppelt werden, die von den Verbindungsstiften 96 und dem zweiten Kupplungsteil 66 gebildet werden. Dabei wird zwangsläufig der Verschlusskörper 56 in die Verschlussstellung gebracht.
Beim Lösen der einen Kupplung werden die Verbindungstifte 96 aus den Buchsen der Hohlwelle 24 herausgezogen. Beim Lösen der anderen Kupplung wird das zweite Kupplungsteil 102 vom ersten Kupplungsteil 66 abgehoben.
Hingegen wird durch Senken der Hohlwelle 24 mittels des dritten Antriebsmotors 14 wieder die antriebsmäßige und getriebliche Verbindung zwischen dem zweiten Antriebsmotor 20 und den Rührstäben hergestellt. Außerdem wird dabei die drehfeste Verbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen 102, 66 hergestellt.
Zum Füllen des Behälters 30 von oben sind die beiden Zuganker 46 und das schraubenförmige Kupplungsteil 66 abzuschrauben. Die Abdeckeinrichtung 32 kann dann abgenommen werden, wobei die Welle 58 im Behälter 30 verbleibt. Der Verschlusskörper 56 ist nämlich derart gegenüber der Abdeckeinrichtung 32 angeordnet, dass der Verschlusskörper 56 in der Verschlussstellung verbleibt, wenn die Abdeckeinrichtung 32 von der Behälterwand 44 abgenommen ist.
Das Gerät ist relativ klein, sodass es auf eine Tischplatte gestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009002630 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Mischen und Dosieren von Substanzen, die einen Behälter (30) zur Aufnahme einer Substanz mit einer Behälteröffnung (54) zur Abgabe der Substanz aus dem Behälter (30) sowie ein Dosierelement (61) und ein Mischelement (75) umfasst, wobei das Dosierelement (61) innerhalb der Behälteröffnung (54) des Behälters (30) derart bewegbar angeordnet ist, dass die Substanz mittels einer Bewegung des Dosierelements (61) durch die Behälteröffnung (54) freigebar und bei unbewegtem Dosierelement (61) im Behälter (30) zurückhaltbar ist, wobei das Mischelement (75) versetzt zum Dosierelement (61) angeordnet ist und mittels eines ersten Antriebs der Vorrichtung in einer Rotationsbewegung antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen weiteren Antrieb umfasst, mit dem das Dosierelement (61) unabhängig vom Mischelement (75) in einer Rotationsbewegung antreibbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Dosierelementes (61) einen ersten Antriebsmotor (18) aufweist, der über eine erste Kupplung (66, 102) mit dem Dosierelement (61) kuppelbar ist und dass der weitere Antrieb einen zweiten Antriebsmotor (20) aufweist, der über eine zweite Kupplung mit dem Mischelement (61) kuppelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement (61) als Förderschnecke (60) ausgebildet ist, die mittels des ersten Antriebsmotors (18) innerhalb der Behälteröffnung (54) drehbar ist, wobei die Behälteröffnung (54) zylindrisch, insbesondere als Bohrung, ausgeführt ist und dass an einem Endbereich der Förderschnecke (60) ein zylindrischer Verschlusskörper (56) angeordnet ist, dessen Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser der Behälteröffnung (54) ist, wobei der Verschlusskörper (56) in der Behälteröffnung (54) eine Verschlussstellung einnehmen kann, wobei der Verschlusskörper (56), insbesondere mittels eines dritten Antriebs, aus der Verschlussstellung heraus, insbesondere durch eine translatorische Bewegung entlang einer Längserstreckung der Förderschnecke (60), bewegbar ist, um den Teil der Substanz freizugeben, der sich in einem außerhalb des Behälters (30) und der Behälteröffnung (54) verlagerten Gewindegang der Förderschnecke (60) befindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (30) eine Abdeckeinrichtung (32) und eine Behälterwand (44) umfasst, wobei die Abdeckeinrichtung (32) abnehmbar an Behälterwand (44) angeordnet ist, wobei der Verschlusskörper (56) derart angeordnet ist, dass der Verschlusskörper (56) in der Verschlussstellung verbleibt, wenn die Abdeckeinrichtung (32) von einer Behälterwand (44) abgenommen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (30) eine zumindest teilweise transparente Behälterwand (44) umfasst, die mittels Zugankern (46) zwischen einem trichterförmigen Gehäuseteil (36) und einer Abdeckeinrichtung (32) des Behälters (30) gespannt ist, wobei an einem Auslassbereich des trichterförmigen Gehäuseteils (36) die Behälteröffnung (54) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement (61) drehfest an einer Welle (58) angeordnet ist, die durch einen Innenraum des Behälters (30) und durch eine Abdeckeinrichtung (32) des Behälters (30) hindurch ragt, und dass das Mischelement (75) - radial außerhalb einer Drehachse der Welle (58) angeordnet ist und - insbesondere mit einem hohlen Trägerteil (74) verbunden ist, das mittels eines Lagers (72) drehbar in einem Hauptteil (48) der Abdeckeinrichtung (32) aufgenommen ist, insbesondere wobei das Lager (72) mittels einer Dichtung (82) gegen den Innenraum des Behälters (30) abgedichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskörper (56) über eine Feder (90) an einer Abdeckeinrichtung (32) abgestützt ist, sodass der vom dritten Antrieb unbetätigte Verschlusskörper (56) mittels der Feder (90) in der Verschlussstellung gehalten ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Antrieb einen Antriebsmotor (14) aufweist, mit dem ein Hubelement heb- und senkbar ist, an dem zumindest der Antrieb des Dosierelements (61) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinrichtung (32) einen Luftfilter (80) aufweist, der Partikel der Substanz innerhalb des Behälters (30) zurückhält.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten Verfahrensschritt ein erster Antriebsmotor (18) mit einem Dosierelement (61) eines Behälters (30) gekoppelt wird und ein zweiter Antriebsmotor (20) mit einem Mischelement (75) des Behälters (30) gekoppelt wird, indem ein dritter Antriebsmotor (14) den ersten und den zweiten Antriebmotor (18, 20) in Richtung des Behälters (30) bewegt; - in einem zweiten Verfahrensschritt das Mischelement (75) vom zweiten Antriebsmotors (20) angetrieben wird und zumindest eine Substanz innerhalb des Behälters (30) mischt während der erste Antriebsmotor (18) das Dosierelement (61) zur Förderung der Substanz innerhalb einer Behälteröffnung (54) dreht; und - im dem zweiten oder einem dritten Verfahrensschritt das Dosierelement (61) mittels des dritten Antriebsmotors (14) wiederholt gesenkt und angehoben wird und das Dosierelement (61) dabei zumindest teilweise aus der Behälteröffnung (54) heraus und wieder herein translatorisch verschoben wird und somit aus dem Behälter (30) Substanz in einer dosierten Menge herausgefördert wird, - wobei in einem anschließenden Verfahrensschritt der dritte Antriebsmotor (14) das Dosierelement (61) so weit anhebt, dass ein Verschlusskörper (56) des Dosierelements (61) die Behälteröffnung (54) verschließt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Antriebsmotor (14) den ersten Antriebsmotor (18) in einem weiteren Verfahrensschritt so weit von dem Mischelement (75) und dem Dosierelement (61) abhebt und damit das Mischelement (75) und das Dosierelement (61) von deren jeweiligen Antrieb entkoppelt, dass der Behälter (30) entnommen werden kann.