DE19500726A1 - Vorrichtung zur Dosierung kleinster Pulvermengen zur Erzeugung eines Aerosols - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die insbesondere eine äußerst exakte Dosierung und dabei Dispergierung von Pulvern bei sehr kleinen Massenflüssen ermögli­ chen soll. Insbesondere bei der Aerosolisierung phar­ mazeutischer Substanzen treten Probleme auf, wenn diese während der Entwicklungsphase im Inhala­ tionstest verwendet und dabei in sehr geringen Mengen zu verabreichen sind. Dabei treten durch die Dosier- und Dispergiereigenschaften von Pulvern, wie dessen Körnung, Hygroskopizität sowie Dispersions- und Haft­ kräfte, Probleme auf. Der Einfluß der Pulvereigen­ schaften ist dabei um so größer, je kleiner die zu dosierende Menge ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, trockenes Pulver in einem geringen Massenstrom bis hin zu 0,05 g/h gleichmäßig zu dosieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich mit der Anwendung der in den untergeordneten Ansprüchen ent­ haltenen Merkmale.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in einem Aufnahmebehälter bereitgehaltenes Pulver in minde­ stens eine Durchbrechung einer drehbaren Dosierschei­ be aufgenommen und bei Drehung der Dosierscheibe die mit Pulver gefüllte Durchbrechung in einen Bereich eines Kanales gefördert, der mit einem sich an diesen anschließenden Ejektor verbunden ist. Dabei wird durch die Ejektorwirkung eine Luftströmung freigege­ ben, die das in der Durchbrechung aufgenommene Pulver durch Saugwirkung über den Kanal dem Ejektor und an­ schließend an diesen einer möglichen Inhalation zur therapeutischen Behandlung zugeführt wird. Befinden sich die Durchbrechung der Dosierscheibe, der freie Querschnitt des Kanales und eine unterhalb in einer Stütz- und/oder Andrückscheibe befindliche Durchbre­ chung zumindest teilweise in Überdeckung, ist der Weg für die saugende Luftströmung freigegeben, und eine entsprechende Pulvermenge kann dem Ejektor zugeführt werden. Die Durchbrechungen in der Stütz- bzw. An­ drückscheibe stehen hierfür über in der Vorrichtung angeordnete geeignete Bohrungen, Öffnungen oder Kanä­ le mit der Außenumgebung in Verbindung, so daß durch die Ejektorwirkung Luft in die erfindungsgemäße Vor­ richtung zum dosierten Fördern des Pulvers angesaugt werden kann.

Dabei ist es vorteilhaft, daß mit konstantem Unter­ druck gearbeitet wird und Druckschwankungen keinen Einfluß haben.

In der Dosierscheibe können je nach gewünschter Aus­ legung ein oder mehrere Durchbrechungen zur Aufnahme des Pulvers angeordnet sein, die nacheinander in den Kanalbereich durch Drehung bewegt werden können. Eine Regelgröße für die Pulvermenge, die dem Ejektor zu­ geführt wird, ist dabei die Drehzahl der Dosierschei­ be. Hierfür kann der Antrieb der Dosierscheibe über geeignete Kupplungs- und Verbindungselemente mittels eines Schritt- oder Getriebemotor erfolgen. Mit einem solchen Motor ist es auf einfache Weise möglich, die Häufigkeit, mit der die Überdeckung des freien Kanal­ querschnittes mit den Durchbrechungen in der Dosier­ scheibe in Übereinstimmung gebracht wird, und so die dosierte Pulvermenge einzustellen.

Bei einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es günstig, wenn die Dosierscheibe zumindest einsei­ tig federbelastet mit einer Andrückscheibe gehalten wird. Dies kann bei entsprechender Auswahl zumindest der Außenschichten dazu führen, daß über einen langen Zeitraum eine ausreichende Abdichtung bei gleichzei­ tig geringem Materialverschleiß erreicht werden kann. Bevorzugte Materialien sind dabei einseitig auf den Gleit-Abdichtflächen aufgebrachte PTFE-Schichten, die benachbart zur Dosierscheibe angeordnet sind und sich beim Drehen berühren. Geeignetes Gegenpartmaterial für die PTFE-Schichten sind Edelstähle bzw. Edelstahlbeschichtungen mit geringer Oberflächenrau­ higkeit.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, daß ein einfacher Austausch unterschiedlich gestalteter Do­ sierscheiben möglich ist. Die einsetzbaren Dosier­ scheiben verfügen dabei über eine unterschiedliche Anzahl von Durchbrechungen, die verschiedene Durch­ messer aufweisen können, und/oder es können auch Do­ sierscheiben mit unterschiedlicher Dicke eingesetzt werden, wobei im letzteren Fall das Aufnahmevermögen der Durchbrechungen für das Pulver durch die unter­ schiedliche Dicke und damit das größere bzw. kleinere Volumen der jeweiligen Durchbrechungen vorgegeben ist.

Die Durchbrechungen können auch eine langgestreckte gebogene Form haben, die an den Radius angepaßt ist, mit dem die Durchbrechung um die Drehachse der Dosierscheibe gedreht wird.

Es kann auch eine weitere Möglichkeit zur Einstellung der Dosiermenge des Pulvers gewählt werden, die da­ durch gegeben wird, daß der freie Querschnitt der Durchbrechung, die sich in einer Stütz- und/oder An­ druckscheibe befindet, so ausgerichtet wird, daß eine unvollständige Überdeckung dem freien Querschnitt des Kanals und somit eine Drosselung des angesaugten Luftvolumenstromes erreicht werden kann. Auch diese Maßnahme führt dazu, daß in gewissen Grenzen die ge­ förderte Pulvermenge entsprechend den Erfordernissen gesteuert bzw. geregelt wird.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels näher beschrieben werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Schnittdarstellung;

Fig. 2 eine Ansicht von oben auf eine Trenn­ platte und

Fig. 3 eine Ansicht von oben auf eine Dosier­ scheibe.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zu einem wesent­ lichen Teil durch einen Feststoffbehälter 1, der das Pulver aufnimmt und mit einem bevorzugt abnehmbaren Deckel 12 verschlossen ist, gebildet. Dabei befindet sich neben dem Aufnahmebehälter 20 für das Pulver in diesem Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Kanal 14, der mit einem nicht dargestellten Ejektor in Verbindung gebracht ist.

In einer ringförmigen Aufnahme ist eine Trennplatte 2 bevorzugt über mindestens eine Schraube 13 gehalten. Die Trennplatte 2 verfügt über mindestens zwei Boh­ rungen bzw. Durchbrechungen, eine im Bereich des Auf­ nahmebehälters 20, und die andere Durchbrechung ist koaxial zum freien Querschnitt des Kanals 14 im mon­ tierten Zustand ausgerichtet. Anschließend an die Trennplatte 2 ist eine Dosierscheibe 3 formschlüssig mit einer Welle 5 gekoppelt, so daß eine Drehbewegung der Welle 5 auf die Dosierscheibe 3 übertragen wird. In der Dosierscheibe 3 ist zumindest eine Durchbre­ chung vorhanden, die so angeordnet ist, daß sie bei Drehung Pulver aus dem Aufnahmebehälter 20 aufnehmen kann und, wenn sie beim Weiterdrehen in den Bereich des Kanals 14 gelangt, die Durchbrechung mit dem freien Querschnitt des Kanales 14 zumindest teilweise in Überdeckung gebracht wird. Auf der entgegengesetzt zur Trennplatte 2 gelegenen Seite liegt die Dosier­ scheibe 3 an einer Stützscheibe 4 an. Die Stützschei­ be 4 ist mit einem Stift 15 arretiert und sichert mit Hilfe dieses Stiftes 15, daß eine Durchbrechung in der Stützscheibe 4 koaxial zum freien Querschnitt des Kanals 14 ausgerichtet ist. Die Stützscheibe 4 wird mit einer federbelasteten Andruckscheibe 6 gegen die Dosierscheibe 3 gehalten. Dabei ist die Andruckschei­ be 6 so ausgerichtet, daß sie ebenfalls koaxial zur freien Querschnittsfläche des Kanals 14 ausgerichtet ist und zu den Zeitpunkten, wenn die Durchbrechung der Dosierscheibe 3 in Überdeckung mit den genannten Durchbrechungen in der Stützscheibe 4, der Stütz- und Andruckscheibe 4, 6 sowie der Dosierscheibe 3 steht, mittels des durch den Ejektor hervorgerufenen Unter­ drucks Luft über einen unterhalb der Andruckscheibe vorhandenen Raum und einen Kanal 17, der mit der Um­ gebung in Verbindung steht, angesaugt werden kann.

Die Welle 5 zum Antrieb der Dosierscheibe 3 ist in einem Spannstück 10, das mit der übrigen Vorrichtung verschraubbar ist, in einer Wellenlagerung 11 aufge­ nommen. Durch Einstellung der Verschraubung des Spannstückes 10 ist es möglich, die Vorspannung der Andruckscheibe 6 über die Feder 7 einzustellen. Je weiter das Spannstück 10 durch Verschrauben in Rich­ tung Dosierscheibe 3 bewegt wird, um so größer sind die auftretenden Normalkräfte, die an den gegenein­ anderwirkenden Flächen von Trennplatte 2, Dosier­ scheibe 3, Stützscheibe 4 und Andrückscheibe 6 wir­ ken. Bevorzugt sind die Flächen der Trennplatte 2 und der Stützscheibe 4, die zur Dosierscheibe 3 weisen, mit einer PTFE-Beschichtung versehen, und die Dosier­ scheibe 3 besteht entweder aus einem Edelstahl oder ist mit einem solchen Stahlmaterial beschichtet oder ist aus einem Material mit ähnlichen Eigenschaften und guter Oberflächenqualität gebildet. Diese Ausbil­ dung der Schichten und der Dosierscheibe führt dazu, daß ein geringer Verschleiß auftritt und somit über einen großen Zeitraum eine geforderte Dichtwirkung erhalten bleibt.

Die Welle 5 ist mittels einer Kupplung 16 entweder mit einem nicht dargestellten Schritt- oder Getriebe­ motor verbindbar, dessen Drehbewegung über die Welle 5 auf die Dosierscheibe 3 übertragen wird. Je nach eingestellter Drehzahl kann in besonders feiner Stu­ fung auch eine kleine Menge an Pulver über den Ejek­ tor zur Verfügung gestellt werden.

Eine weitere Einstellmöglichkeit für die geförderte Pulvermenge besteht mit der in der Figur dargestell­ ten Vorrichtung dadurch, daß neben der Dosierscheibe 3 auch die Stütz- und/oder Andruckscheibe 6 verdreht werden können. Mit einer solchen Verdrehung wird Ein­ fluß auf die angesaugte Luftmenge zum Ejektor durch eine Erhöhung der Drosselwirkung genommen und somit die geförderte Pulvermenge geringer dosiert.

Der Fig. 2 ist die Gestaltung einer Trennplatte 2 zu entnehmen, an der sich die Oberseite der Dosierschei­ be 3 abstützt. Hier sind mehrere Bohrungen und eine Durchbrechung eingearbeitet. Dabei dient die Durch­ brechung 21 zur Pulverzufuhr in die Durchbrechung(en) der Dosierscheibe 3. Die Bohrung 22 ist so angeord­ net, daß sie im eingebauten Zustand zum Kanal 14 fluchtend bzw. koaxial ausgerichtet ist, um die Luft­ strömung durchlassen zu können. Die kleinere Bohrung 23 dient zur Fixierung der Trennplatte 2 in der er­ findungsgemäßen Vorrichtung.

Die Fig. 3 zeigt eine mögliche Gestaltung einer Do­ sierscheibe 3 mit einer zentralen Bohrung 24 zur formschlüssigen Aufnahme der Welle 5, um die Drehbe­ wegung übertragen zu können. Weiter sind bei diesem Beispiel gleichmäßig verteilte Durchbrechungen 25, hier Bohrungen, vorhanden, in die das Pulver aufge­ nommen und bei Erreichen des Kanals 14 dosiert abge­ geben wird. Der Radius, in dem die Durchbrechungen in der Dosierscheibe 3 eingebracht sind, liegt im Be­ reich des durch seine Größe vorgegebenen minimalen und maximalen Abstands, den der Kanal 14 von der Drehachse der Dosierscheibe 3 bzw. der Welle 5 hat.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Dosierung kleinster Pulvermengen zur Erzeugung eines Aerosols, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver über eine mit mindestens einer Durch­ brechung versehenen Dosierscheibe (3) aus einem Feststoffbehälter (1), durch Drehung um eine Achse, einem sich anschließenden Ejektor durch einen Kanal (14), eine ansaugende Luftströmung freigebend, zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftströmung in den Kanal (14) über eine unterhalb der Dosierscheibe (3) koaxi­ al zum Kanal (14) in einer Stütz- und/oder An­ druckscheibe (4), (6) angeordneten Öffnung (19) und die Durchbrechung(en) führbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehzahl der Dosierscheibe (3) steuer- und/oder regelbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierscheibe (3) mittels mindestens einer federbelasteten Andrückscheibe (6), diese abdichtend, gehalten ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (19) in der federbelasteten Stütz- und/oder Andrück­ scheibe (4), (6) durch Drehung so ausrichtbar ist, daß zumindest eine teilweise Überdeckung der freien Querschnitte erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierscheibe (3) mit einem Schrittmotor verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierscheibe (3) mit einem Getriebemotor verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierscheibe (3) zwischen zwei PTFE-Schichten geführt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierscheibe (3) zumindest an ihren Führungs- und Dichtflä­ chen edelstahlbeschichtet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Dosierscheiben (3) mit unterschiedlichen Durchbrechungsgrößen und/ oder variabler Anzahl der Durchbrechungen ein­ setzbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Dosierscheiben (3) mit unterschiedlicher Dicke einsetzbar sind.