DE19808307C2 - Verfahren zum Dosieren über zwei Ebenen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Praxis ist es bekannt, in einem oberen Geschoß eines Gebäudes einen Vorratsbehälter anzuordnen, von dem durch die Geschoßdecke in ein darunterliegendes Geschoß ein För­ derkanal verläuft, durch den das zu dosierende Gut in den unten angeordneten Aufnahmebehälter gelangt. Dabei ist im Förder­ kanal eine Förderschnecke vorgesehen, die, in Bewegung ge­ setzt, das Gut fördert und dosiert und die stillstehend den För­ derkanal so weit versperrt, daß ein unbeabsichtigtes Nachrut­ schen des Gutes ausgeschlossen ist. Zudem sind üblicherweise Sperren im Förderkanal oder an der Mündung des Vorratsbehäl­ ters vorgesehen, um den Materialfluß sicher zu unterbrechen, wobei rein beispielhaft im folgenden stets Schieber erwähnt sind.

Bei dieser bekannten Vorgehensweise ist nachteilig, daß bei Beendigung des Dosiervorganges in der Förderschnecke regel­ mäßig noch Material vorhanden ist. Bei der Dosierung mehrerer Zuschlagstoffe in den Aufnahmebehälter ist stets eine umständ­ liche, z. B. manuelle, Entleerung der Förderschnecke erforder­ lich, um Fehldosierungen zu vermeiden, wenn über dieselbe Förderschnecke nacheinander die verschiedenen Stoffe dosiert werden sollen. Insbesondere im Bereich der pharmazeutischen Industrie sind bei der Herstellung von Medikamenten die Dosie­ rungen so exakt wie möglich einzuhalten und Fehldosierungen zu vermeiden.

Um eine derart arbeits- und damit kostenintensive Vorgehens­ weise zu vermeiden, kann der Aufnahmebehälter beweglich angeordnet und unter einer Mehrzahl von Vorratsbehältern verfah­ ren werden, so daß jeder Vorratsbehälter samt Förderschnecke für nur ein Material bestimmt ist und die Förderschnecke nicht zwischen zwei Dosierungen geleert werden muß. Diese Ver­ ringerung des Handhabungsaufwandes erfordert jedoch einen erheblichen und kostenträchtigen apparativen Aufwand.

Insbesondere ist durch die Beweglichkeit des Aufnahmebehäl­ ters eine Fehlerquelle aufgrund von Stößen, Schieflagen und dergleichen für die Wiegeinrichtung gegeben, welche die im Vor­ ratsbehälter vorhandene Materialmenge ermittelt und mit deren Hilfe die Dosierung gesteuert wird, so daß die Dosiergenauigkeit beeinträchtigt sein kann.

Aus "Dipl.-Ing. U. Beutel: Automatisierung bei der Bereitstellung, Dosierung, Verwiegung und Weiterführung von Klein- und Kleinstkomponenten. In: wägen + dosieren 3/1997, S. 13-18" ist es bekannt, auf einer Bühne einen Vorratsbehälter anzuord­ nen, von dem durch den Boden der Bühne ein Förderkanal ver­ läuft, durch den das zu dosierende Gut in den unten angeordne­ ten Aufnahmebehälter gelangt. Durch spezielle Verschlussorga­ ne soll sichergestellt werden, dass bei einer grammgenauen Wiegung ein Nachrieseln des Produktes ausgeschlossen wird. Von der Verwendung einer Waage, auf welcher dosiert werden und die dosierte Menge ermittelt werden soll, wird mit Hinsicht auf die Leistungsfähigkeit der Dosieranlage abgeraten.

Aus der US 2 922 610 ist es bekannt, die in dem Förderkanal zwischen oberer Ebene (Vorratsbehälter) und unterer Ebene (Aufnahmebehälter) befindliche Materialmenge zu ermitteln, welche nach Schließung des Vorratsbehälters noch nachrieselt. Diese Materialmenge ist jeweils typisch für eine bestimmte Soll- Füllhöhe im Aufnahmebehälter, da hierdurch der Abstand zum Außlaß des Vorratsbehälter und damit die Länge der in dem Förderkanal frei fallenden Materialsäule bestimmt wird. Es erge­ ben sich für verschiedene Soll-Füllhöhen verschiedene, jeweils typische nachrieselnde Materialmengen, so dass die Dosierung stets um die ermittelte nachrieselnde Materialmenge früher be­ endet wird, um insgesamt die gewünschte Soll-Dosierung zu er­ zielen.

Die US 2 922 610 geht davon aus, dass die so ermittelten typi­ schen Materialmengen bei jeder einzelnen Dosierung stets gleich sind. Dies kann jedoch nicht immer gewährleistet werden. Hohe Dosiergenauigkeiten, wie sie z. B. in der Pharmaindustrie erforderlich sind, sind daher mit dieser Verfahrensweise nicht erzielbar. Die US 2 922 610 schlägt diese Verfahrensweise für die Dosierung von Baustoffen vor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosierverfahren anzugeben, welches bei vergleichsweise preisgünstig ausgestal­ teten Dosieranlagen eine hohe Dosiergenauigkeit bei geringem Handhabungsaufwand ermöglicht.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Dosieren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, einen Schwing­ förderer im Förderkanal vorzusehen, wobei die Erfindung von der Überlegung ausgeht, daß der Schwingförderer eine Verdich­ tung des Materials in dem Bereich des Förderkanales bewirkt, der zwischen der Mündungsöffnung des Vorratsbehälters und dem Schwingförderer selbst liegt. Durch diese Verdichtung wird das Füllgewicht unabhängig von dem Füllstand im Container und ein gleichmäßiges, spezifisches Raumgewicht des zu dosieren­ den Materials bewirkt, welches für jede einzelne Materialsorte ermittelt werden kann, so daß die im Förderkanal stehende Restmenge bei einer Unterbrechung des Materialstromes durch beispielsweise einen in den Förderkanal eingeführten Schieber stets gleich ist, unabhängig vom Füllstand und damit vom stati­ schen Druck innerhalb des Vorratsbehälters.

Durch diese konstante Restmenge läßt sich auf einfache Weise die Dosierung derart steuern, daß die Unterbrechung des Mate­ rialstromes zu einer Zeit erfolgt, in der bis auf die bekannte Restmenge die Dosierung abgeschlossen ist. Zunächst wird da­ für zu jeder Materialsorte einmal die erwähnte Restmenge ermit­ telt. Anschließend kann ohne jeweils ernuete derartige Ermitt­ lungen bei jeder Dosierung das gewünschte Gewicht abzüglich der Restmenge dosiert werden, wobei dann der Materialstrom unterbrochen und die Restmenge aus dem Förderkanal in den Aufnahmebehälter gefördert wird. Auf diese Weise ist eine ein­ fache und sehr schnelle Verfahrensweise bei der Dosierung möglich.

Eine hochgenaue Dosierung wird erfindungsgemäß durch einen zusätzlichen Zwischenschritt ermöglicht, indem - ausgehend von der gewünschten zu dosierenden Materialmenge - die Dosierung zunächst kurz vor Erreichen der Sollmenge, beispielsweise bei 90% der Sollmenge, unterbrochen wird, indem der Materialfluß unterbrochen wird.

Sollte die Restmenge im Förderkanal durch einen unterschiedli­ chen Füllstand des Materials im Vorratsbehälter beeinflußt wer­ den, so ermöglicht dieser Zwischenschritt das Erfassen dieser Restmenge bei 90% der Gesamtdosierung. Es kann davon ausgegangen werden, daß die Restmengenveränderung wäh­ rend der restlichen 10% der Dosierung so minimal ist, daß diese Restmengenänderung vernachlässigt werden kann, so daß sich insgesamt eine hochgenaue Dosierung erzielen läßt. Abgesehen von den Einflüssen auf die Restmenge durch unterschiedliche Füllstandshöhen im Vorratsbehälter, könnten auch andere äuße­ re Einflüsse die Bildung der Restmenge im Förderkanal nach dem Unterbrechen des Materialflusses beeinflussen, wobei der beschriebene Zwischenschritt in jedem Fall situationsgerecht ei­ ne optimale Berücksichtigung dieser Restmenge ermöglicht.

Anschließend an die Ermittlung der Restmenge wird der Förder­ kanal wieder geöffnet und die Dosierung unter Berücksichtigung der soeben zuvor ermittelten Restmenge zu Ende geführt.

Eine weitere Möglichkeit, eine exakte Dosierung zu ermöglichen, ohne jedoch eine eigene Berechnung der Restmenge durchzu­ führen, besteht darin, in Förderrichtung hinter dem Schwingför­ derer einen Verschluß für den Förderkanal vorzusehen, bei­ spielsweise in Form eines aus der pharmazeutischen Apparate­ technik bekannten pneumatischen Schließzylinders, der die För­ derleitung verschließt oder freigibt. Sobald dieser Pneumatikzy­ linder in seine Verschlußstellung geführt ist, kann der Schwing­ förderer weiter betrieben werden, wobei auch die Verschlußklap­ pe des Vorratsbehälters geöffnet bleibt. Auf diese Weise wird der Förderkanal bis zum Pneumatikzylinder gefüllt, wobei sich abhängig von der jeweiligen Materialsorte eine bestimmte, im Förderkanal befindliche Menge dieses Materials ergibt, die stets gleich ist. Nun kann die Verschlußklappe des Vorratsbehälters geschlossen werden und der Pneumatikzylinder kann geöffnet werden, so daß eine genau definierte Restmenge aus dem Förderkanal in den Aufnahmebehälter gefördert werden kann und anschließend der Förderkanal vollständig frei von Restmengen ist.

Bei der Ausgestaltung einer Anlage zur Durchführung des Ver­ fahrens gemäß der Erfindung ist ein Schwingförderer im Förder­ kanal vorzusehen. Nachdem der Materialfluß in an sich bekann­ ter Weise durch einen Schieber, eine Klappe oder dergleichen unterbrochen ist, kann durch Betätigung des Schwingförderers sichergestellt werden, daß der Förderkanal restlos geleert wird. Auf diese Weise ist eine umständliche, z. B. manuelle Entleerung des Förderkanales zur Vorbereitung einer nachfolgenden Dosie­ rung mit anderem Material nicht mehr erforderlich. Dementspre­ chend kann im nachfolgenden Dosiervorgang auf einfache Wei­ se durch Ansetzen eines neuen Vorratsbehälters an den Förder­ kanal ein anderes Material als beim ersten Dosiervorgang in den Aufnahmebehälter dosiert werden, so daß der Aufnahmebehäl­ ter mit seinen Wiegeeinrichtungen ortsfest ausgestaltet sein kann und dementsprechend eine hochgenaue und wenig stö­ rungsanfällige Dosierung durch präzise Gewichtsanzeige ermög­ licht.

Weiters kann ein flach verlaufender Abschnitt im Förderkanal vorgesehen sein. Je nach zu dosierendem Material und je nach Beschaffenheit des Förderkanals kann so eine Reibung zwi­ schen dem Material und dem Förderkanal bewirkt werden, die im Gegensatz zu einem etwa vertikal verlaufenden Förderkanal bewirkt, daß bei geschlossenem Schieber und abgeschaltetem Schwingförderer noch Material im Förderkanal verbleibt. Durch eine entsprechende Steuerung des Schwingförderers, z. B. im sogenannten "Feinstrom"-Betrieb, können nun kleinste Materi­ almengen hochgenau dosiert werden, bis im Aufnahmebehälter das Sollgewicht erreicht ist.

Vorteilhaft kann der flache Abschnitt des Förderkanales gegen­ über der Horizontalen schräg geneigt verlaufen. Je nach Materi­ albeschaffenheit kann dabei die Förderung des Gutes unter­ stützt werden oder bei besonders fließfähigem Material durch eine Schrägstellung des Abschnittes entgegen der Förderrich­ tung kann die Fließneigung des Materials bewußt verringert werden. Hierdurch wird insbesondere dann eine unkontrollierte Förderung unterbunden, wenn sich in dem Vorratsbehälter eine Materialbrücke aufgebaut hatte, die dann plötzlich in sich zu­ sammengefallen ist. Vorteilhaft kann daher der flach verlaufende Abschnitt des Förderkanales grundsätzlich schwenkbar gelagert sein, so daß er in Anpassung an die Wünsche des Betreibers und an die jeweiligen Materialien in der horizontalen Stellung oder in unterschiedlicher Schrägstellung festgelegt werden kann. Auf diese Weise ist preisgünstig eine Herstellung größerer Stückzahlen der Dosieranlage möglich, die an Ort und Stelle an die gewünschten Betriebsbedingungen angepaßt werden kön­ nen.

Alternative Maßnahmen, um eine plötzliche und schlecht be­ herrschbare Überdosierung zu vermeiden, können auch in der Anordnung einer federelastischen Verschlußzunge vorgesehen sein, die in dem flach verlaufenden Abschnitt des Förderkanales angeordnet ist und diesen nahezu verschließt. Unter dem Ein­ fluß des Schwingförderers schwimmt die Verschlußzunge auf dem Materialfluß auf und ermöglicht die Materialförderung. Nach Abschalten des Schwingförderers jedoch nimmt die Verschluß­ zunge aufgrund ihrer Federelastizität ihre Verschlußstellung ein.

Weiterhin kann ein plötzliches "Durchrauschen" des Materials durch einen entsprechend geringen freien Innenquerschnitt des Förderkanales unterbunden werden. Um dennoch hohe Förder­ leistungen zu ermöglichen, können vorteilhaft zwei oder mehrere Einzelkanäle mit derart geringen freien Querschnitten vorgese­ hen sein, die insgesamt den Förderkanal bilden.

Vorteilhaft wirkt der Schwingförderer unmittelbar auf den flach verlaufenden Abschnitt des Förderkanales ein, um hier eine ef­ fektive und präzise Steuerung der Fördermenge zu ermöglichen.

Der flach verlaufende Abschnitt des Förderkanales ist vorteilhaft in einem Winkel geringer als 45° zur Horizontalen angeordnet, um den Materialfluß sicher beherrschbar zu machen und ein plötzliches Durchrauschen des Materials zu vermeiden.

Vorteilhaft ist der flache Abschnitt des Förderkanales nicht un­ mittelbar vor dem Aufnahmebehälter vorgesehen, sondern näher zum Vorratsbehälter, so daß zwischen dem flachen Abschnitt und dem Aufnahmebehälter ein steiler verlaufender Abschnitt des Förderkanales vorgesehen ist, der für eine zuverlässige Ent­ leerung des flachen Abschnittes Sorge trägt. Zudem wird das Restvolumen minimiert, welches sich in und oberhalb des fla­ chen Abschnittes des Förderkanales nach Abschalten des Schwingförderers befindet, je näher dieser flache Abschnitt am Vorratsbehälter angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine hoch­ präzise Dosierung auch geringer Füllmengen möglich.

Eine für die Medikamentenherstellung in der pharmazeutischen Industrie vorgesehene und erfindungsgemäß zu betreibende An­ lage wird anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert.

In der Zeichnung ist mit 1 allgemein eine Dosieranlage bezeich­ net, die sich über zwei Etagen eines Gebäudes erstreckt. In ei­ nem Boden 2 des Gebäudes ist eine ortsfeste Bodenwaage 3 eingelassen und auf dieser Bodenwaage ist ein Aufnahmebehäl­ ter 4 angeordnet. In der darüber befindlichen Etage auf einer Geschoßdecke 5 ist ein Vorratsbehälter 6 vorgesehen, wobei der Vorratsbehälter 6 an seinem unteren Ende eine Auslaßöff­ nung aufweist, die durch eine schematisch angedeutete Klappe 7 verschlossen bzw. freigegeben werden kann, wobei diese Klappe durch einen schematisch angedeuteten Motor 8 beweg­ lich ist.

Von dieser Auslaßöffnung des Vorratsbehälters 6 verläuft ein insgesamt mit 9 bezeichneter Förderkanal zu einer Einlaßöff­ nung im Aufnahmebehälter 4. Der Förderkanal verläuft dabei im wesentlichen vertikal, um eine schnelle Befüllung des Aufnahmebehälters 4 sicherzustellen. Der Förderkanal 9 weist jedoch einen schrägen Abschnitt 10 auf, der sehr flach verlaufend an­ geordnet ist und auf den ein Schwingförderer 11 einwirkt. Im Extremfall kann der schräg verlaufende Abschnitt 10 horizontal oder sogar in Förderrichtung aufwärts verlaufend angeordnet sein, wenn durch entsprechende Ausgestaltung des Schwing­ förderers 11 sichergestellt ist, daß der Förderkanal 9 bei ge­ schlossener Klappe durch den Schwingförderer restlos geleert werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß keine Ma­ terialreste im Förderkanal 9 verbleiben, die nicht durch die Bo­ denwaage 3 erfaßt sind und die das Dosierergebnis verfälschen könnten.

Die beidseitig an den schrägen Abschnitt 10 anschließenden Abschnitte des Förderkanales 9 können als Förderschlauch ausgebildet sein, also aus einem flexiblen Gummi- oder Kunst­ stoffwerkstoff bestehen, während die senkrechten Abschnitte des Förderkanales 9 als starres Rohr ausgestaltet sein können, ggf. mit einer vergleichsweise klein bemessenen elastischen Manschette 12 im Anschlußbereich an den Aufnahmebehälter 4. Durch die Ausgestaltung als Förderschlauch wird eine Schwin­ gungsdämpfung bewirkt, so daß außer dem schrägen Abschnitt 10 die übrigen Anlagenteile den Schwingungen des Schwingför­ derers 11 nicht ausgesetzt werden.

Alternativ kann vorgesehen sein, zur Schwingungsentkopplung lediglich eine elastische Manschette vorzusehen, die im An­ schluß an den schrägen Abschnitt 10 in den Förderkanal 9 an einem oder an beiden Enden des Abschnittes 10 eingesetzt ist. Falls die Förderleistung durch die starke Dämpfungswirkung eines elastischen Schlauches zu stark beeinträchtigt wird, kann auf diese Weise eine schwingungstechnische Entkopplung und dennoch eine hohe Förderleistung und präzise Dosierung sichergestellt werden.

Auf einfache Weise können mehrere gleichartige Vorratsbehäl­ ter 6 linear oder karussellartig angeordnet sein und nacheinan­ der über den Förderkanal 9 bewegt werden, so daß anschlie­ ßend die jeweils gewünschten Materialien in den Aufnahmebe­ hälter 4 dosiert werden können. Da die Vorratsbehälter 6 üb­ licherweise als Schweißkonstruktion ausgestaltet sind und nicht vollständig gleichartige untere Mündungen oder Anschlüsse im Bereich ihrer Auslaßöffnungen aufweisen, schließt der Förder­ kanal 9 vorteilhaft über eine elastische Dichtung 14 an einen Mündungskragen 15 des Vorratsbehälters 6 an.

Um eine freie Beweglichkeit der Klappe 7 zu gewährleisten, schließt sich im Bereich des Förderkanales 9 an den Mün­ dungskragen 15 zunächst ein Bereich mit vergleichsweise gro­ ßem Querschnitt an, nämlich in Form der Dichtung 14 und eines sich daran anschließenden Trichters 16. Der Trichter 16 verrin­ gert sich auf den Durchmesser des anschließenden Förder­ schlauches. Der Trichter 16 ist über Stützen 17 federelastisch gelagert, so daß sich aufgrund dieses Lagers eine Beweglich­ keit für die Baugruppe, bestehend aus Trichter 16 und Dichtung 14, ergibt.

Diese Beweglichkeit führt dazu, daß sich die Dichtung 14 an die unterschiedlich hohen oder unterschiedlich schräg stehenden Mündungskragen 15 verschiedener Vorratsbehälter optimal an­ legen kann, ohne daß diese Anpassung durch eine Verformung der elastischen Dichtung 14 bewirkt würde. Die hauptsächliche Verformung wird in den elastischen Lagern bewirkt, so daß das Innenvolumen des Förderkanales 9 oberhalb des Schwing­ förderers 11 stets mit großer Genauigkeit konstant bleiben kann und dementsprechend konstante Restmengen sichergestellt werden, die bei geschlossener Klappe 7 im oberen Bereich des Förderkanales 9 verbleiben. Die erforderliche Anpassung des flexibel ausgestalteten Förderschlauches in Übereinstimmung mit der Bewegung der elastisch verformbaren Lager wird ohne eine Volumenänderung des flexiblen Förderschlauches ermög­ licht.

Je flacher der schräg verlaufende Abschnitt 10 angeordnet ist, desto feiner kann bei gleicher Leistung des Schwingförderers dosiert werden, weil das Material erwartungsgemäß mit zuneh­ mend flacherem Abschnitt 10 zunehmend langsamer an die Übergangskante gefördert wird, wo das Material in den freien Fall durch den vertikalen Abschnitt des Förderkanales 9 über­ geht.

Claims (3)

1. Verfahren zum Dosieren über zwei Ebenen, insbesondere zur Herstellung von Pharmaka,
wobei das zu dosierende Gut aus einem in einer ersten, höhe­ ren Ebene angeordneten Vorratsbehälter durch einen Förder­ kanal in einen darunter in einer zweiten Ebene angeordneten Aufnahmebehälter dosiert wird,
und wobei zwischen Vorrats- und Aufnahmebehälter der Mate­ rialstrom bei Erreichen des Sollgewichtes im Aufnahmebehälter unterbrochen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gut im Förderkanal (9) durch einen Schwingförderer (11) gefördert wird,
und daß kurz vor Erreichen der Sollmenge im Aufnahmebehäl­ ter (4) die nach Unterbrechung des Materialstromes im Förder­ kanal (9) verbleibende Restmenge des Gutes ermittelt wird, und daß anschließend das Material wieder gefördert wird, und daß die Unterbrechung des Materialstromes um diese er­ mittelte Restmenge vor Erreichen des Sollgewichtes im Auf­ nahmebehälter (4) erfolgt,
und daß der Förderkanal (9) nach Unterbrechung des Material­ stromes durch den Schwingförderer (11) geleert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Restmenge bei Erreichen von etwa 90% der im Aufnahmebehälter (4) vorhandenen Sollmenge durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Restmenge folgende Schritte durchgeführt wer­ den:

• A) daß in Förderrichtung hinter dem Schwingförderer der Förderkanal geschlossen wird, und
• B) der Schwingförderer weiterhin für eine vorgegebene Zeitspanne Material in den Förderkanal fördert, und
• C) nach dieser vorgegebenen Zeitspanne der Materialfluß zwischen dem Vorratsbehälter und dem Förderkanal unterbrochen wird, und
• D) die im Förderkanal enthaltene Menge bestimmt wird und daß diese Restmenge bei jeder Dosierung berücksichtigt wird, indem die Schritte A) bis C) durchgeführt werden, so­ bald im Aufnahmebehälter die Sollmenge abzüglich der ermittelten Restmenge vorhanden ist.