DE19915259A1 - Vorrichtung zum Dosieren und Abfüllen von pulverförmigem Füllgut in Behälter - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Dosieren und Abfüllen von pulverförmigem Füllgut (1), in Behälter (2) weist zwei Füllräder (20) auf, die hintereinander in Förderrichtung (23) der Behälter (2) angeordnet sind. Zumindest die Füllräder (20) bestehen aus keramischem Werkstoff und weisen gegenüber herkömmlichen Füllrädern eine verminderte Anzahl an Dosierbohrungen (49) sowie eine geringere Baugröße auf. Zum Verstellen der Dosiermenge haben die Füllräder (20) jeweils eine Verstellscheibe (66), die mit Dosierstempeln (53) zusammenwirkt. Die beiden Füllräder (20) und die beiden Verstellscheiben (66) werden durch jeweils einen Servomotor (45, 75) angetrieben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (10) zeichnet sich durch einen kompakten Aufbau sowie einen pharmagerechten Betrieb aus.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren und Abfüllen von pulerförmigem Füllgut in Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE 33 28 820 C2 bekannt ist. Die bekannte Vorrichtung weist ein aus Metall bestehendes Füllrad für das Pulver auf. Die Herstellkosten eines derartigen Füllrades sind durch die Vielzahl der zur Gewichtsersparnis erforderlichen Aussparungen und aufgrund der gewünschten Genauigkeit der Bohrungen für die Dosierkolben sehr hoch. Weiterhin ist die Abriebsfestigkeit und Reinig- bzw. Sterilisierbarkeit eines derartigen Füllrades beim Einsatz im pharmazeutischen Bereich kritisch. Auch ist es bei der bekannten Vorrichtung erforderlich, jeden Dosierkolben in seiner radialen Stellung manuell einzeln zu verstellen, wenn eine andere Dosiermenge erwünscht ist. Ein derartiges Verstellen erfordert daher einen relativ hohen Zeitaufwand und geschultes Personal.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dosieren und Abfüllen von pulverförmigem Füllgut in Behälter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß deren Füllrad relativ einfach herstellbar und durch sein geringes Gewicht leicht handhabbar ist und hohen Anforderungen bezüglich der Abriebsfestigkeit und Reinig- bzw. Sterilisierbarkeit genügt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein besonders kompakter Aufbau bzw. eine hohe Leistung der Vorrichtung läßt sich erzielen, wenn mehrere Füllräder in Förderrichtung der Behälter betrachtet hintereinander angeordnet sind. In diesem Fall sind in jedem Füllrad eine gegenüber der Verwendung eines einzigen Füllrades reduzierte Anzahl von Dosierkolben angeordnet, so daß aufgrund der größeren Winkelabstände zwischen den einzelnen Dosierkolben ein reduzierter Füllraddurchmesser ermöglicht wird. Wenn zusätzlich die Füllgutmenge bei der Verwendung zweier Füllräder jeweils auf die Hälfte reduziert ist, kann der Füllraddurchmesser aufgrund des geringeren Dosierraumvolumens zusätzlich reduziert werden.

Eine zentrale und synchrone Verstellung des Dosiervolumens der Dosierkolben läßt sich durch eine Verstellscheibe erzielen, die mit allen Dosierkolben eines Füllrades gleichzeitig zusammenwirkt. Um eine automatische Verstellung des Dosiervolumens ohne zusätzliche manuelle Eingriffe oder Einstellungen am Füllrad zu ermöglichen, ist es in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, die Verstelleinrichtung und das Füllrad mittels jeweils eines Servoantriebs zu koppeln. Damit ist es möglich, die beiden Servoantriebe im Normalbetrieb synchron zu betreiben, und zum Verstellen der Dosierkolben die beiden Servomotoren kurzzeitig asynchron anzutreiben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil einer Vorrichtung zum Dosieren und Abfüllen eines pulverförmigen Füllgutes in Behälter in perspektivischer und teilweise geschnittener Darstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen vereinfachten Schnitt in der Ebene III-III der Fig. 2,

Fig. 4 die Vorderansicht eines Füllrades und

Fig. 5 einen Ausschnitt aus dem Füllrad nach Fig. 4 im Schnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung 10 dient zum Dosieren und Abfüllen von Pulver 1 in Behälter 2 wie Fläschchen, Vials oder ähnlichem auf dem Gebiet der pharmazeutischen Industrie. Die Vorrichtung 10 weist eine taktweise angetriebene, nicht näher dargestellte Fördereinrichtung 11 für die Behälter 2 auf, die diese voneinander beabstandet unterhalb einer Fülleinrichtung 12 entlangfördert. Die Fülleinrichtung 12 hat eine Füllkammer 13 für das Pulver 1, die von einer vorderen und einer hinteren Füllkammerwand 14, 15 begrenzt ist. Oberhalb der Füllkammer 12 befindet sich ein nicht dargestellter, weil nicht erfindungswesentlicher größerer Vorratsbehälter für das Pulver 1. In der Füllkammer 12 ist eine sogenannte Füllniere 17 eingesetzt, die zwei zueinander symmetrisch angeordnete Pulverzuführräume 18 ausbildet. In jedem Pulverzuführraum 18 ist ein sternförmiger Rührer 19 drehbar gelagert, der die Zufuhr von Pulver 1 zu unterhalb der Rührer 19 befindlichen Füllrädern 20 sicherstellt, wozu die Füllniere 17 im Bereich der Füllräder 20 jeweils eine Aussparung 22 aufweist.

Die beiden später noch näher beschriebenen Füllräder 20 sind bezüglich der mit 23 bezeichneten Förderrichtung der Behälter 2 hintereinander angeordnet, wobei deren Abstand einem ganzzahligen Teilungsabstand der Behälter 2 in der Fördereinrichtung 11 entspricht. Die Füllräder 20 sind von jeweils einem mehrteiligen Schutzblech 24 formschlüssig umgeben, welche innerhalb des Füllkammergehäuses 25 befestigt sind. Zwischen den Schutzblechen 24 und der Füllkammer 13 ist an der Außenseite der Füllniere 17 jeweils ein Rakelmesser 26 sowie in Bezug auf den Rührer 19 auf der gegenüberliegenden Seite ein federbelasteter Dichtbacken 21 angeordnet. Die aus Kunststoff oder Keramik bestehenden Rakelmesser 26 liegen an der Umfangsfläche der Füllräder 20 an, um über die Umfangsfläche herausragendes Pulver 1 abzustreifen. Um zu verhindern, daß herabfallendes Pulver 1 die Vorrichtung 10 verschmutzt, ist ferner der Innenraum des Füllkammergehäuses 25 mit einer nicht dargestellten Absaugeinrichtung ausgerüstet.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, ist das Füllrad 20 in seinem oberen Bereich zwischen den beiden Füllkammerwänden 14, 15 angeordnet. Um eine Abdichtung zwischen den beiden Füllkammerwänden 14, 15 und dem Füllrad 20 zu ermöglichen, besitzen die beiden Füllkammerwände 14, 15 auf den dem Füllrad 20 zugewandten Seiten jeweils eine Ausnehmung 27, 28, in denen eine aus keramischem Werkstoff bestehende ringscheibenförmige Dichtplatte 29 bzw. eine von einer Feder 31 mit Federkraft beaufschlagte, topfförmige Keramikdichtung 32 eingesetzt ist. Das Füllrad 20 ist auf einer ersten, als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 34 drehfest befestigt, die die eine Füllkammerwand 14 in einer Bohrung 35 durchdringt. Die Antriebswelle 34 ist in zwei Lagern 36, 37 geführt. Zwischen den beiden Lagern 36, 37 ist auf der ersten Antriebswelle 34 ein erstes Zahnrad 38 drehfest befestigt, das mit einem zweiten Zahnrad 39 in Eingriff steht. Das zweite Zahnrad 39 ist wiederum über eine Welle 41, die die eine Füllkammerwand 15 durchdringt, mit dem Rührer 19 gekoppelt. Auf dem dem Füllrad 20 gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle 34 ist ein erstes Zahnriemenrad 42 angeordnet. Die beiden jeweils auf den Antriebswellen 34 der Füllräder 20 befindlichen ersten Zahnriemenräder 42 sind von einem gemeinsamen, beidseitig verzahnten ersten Zahnriemen 43 umschlungen, der über ein weiteres Zahnriemenrad 44 mit einem ersten Servomotor 45 gekoppelt ist. Infolge der Koppelung des ersten Servomotors 45 mit den beiden Füllrädern 20 werden diese über den ersten Servomotor 45 synchron bewegt.

Die auf der Rückseite der Vorrichtung 10 angeordneten Antriebselemente der Fülleinrichtung 12 sind bevorzugt in einem gemeinsamen Maschinengehäuse 47 untergebracht (Fig. 1) und als Gesamtes zur Anpassung an verschiedene Behältergrößen höhenverstellbar, wozu im Maschinengehäuse 47 Durchbrüche mit Dichtmanschetten 48 ausgebildet sind. Ergänzend wird erwähnt, daß diese Ausbildung lediglich in der Fig. 1 erkennbar ist, während in der Fig. 3 die funktionelle Anordnung und Gestaltung der Antriebselemente der Vorrichtung 10 dargestellt sind.

Die beiden Füllräder 20 bestehen jeweils aus keramischem Werkstoff und weisen vier, jeweils um 90° zueinander versetzt angeordnete Dosierbohrungen 49 auf. In den Dosierbohrungen 49, die von der Umfangsfläche 51 der Füllräder 20 bis zu einer zentrischen Ausnehmung 52 reichen, sind Dosierstempel 53 angeordnet. Die aus Edelstahl bestehenden Dosierstempel 53 tragen an ihrem oberen Ende einen Sieb 54. Sie weisen eine zentrische Saugbohrung 55 auf, die in einer Querausnehmung 56 mündet. Die Querausnehmung 56 wirkt mit einer in der einen Füllkammerwand 15 und der Dichtplatte 29 ausgebildeten Saugkanal 57 oder einem Ausstoßkanal 58 zusammen, die mit einer nicht dargestellten Unterdruck- bzw. Überdruckquelle verbunden ist. Während der Saugkanal 57 in der Füllkammerwand 15 aus einem bogenförmigen Schlitz gebildet ist, der etwa einen Winkelbereich von 180° von der oberen Dosierposition bis kurz vor der mit dem Behälter 2 ausgerichteten Übergabeposition überdeckt, ist der Ausstoßkanal 58 lediglichim Bereich der Übergabeposition in der Füllkammerwand 15 und der Dichtplatte 29 ausgebildet.

Die Dosierstempel 53 (Fig. 5) sind zur Anpassung an verschiedene Füllgutmengen in den Dosierbohrungen 49 gleitend gelagert, wobei in einer entsprechenden Ausnehmung der Dosierstempel 53 jeweils eine Dichtung 59 eingelegt ist, die den Dosierstempel 53 zu der Dosierbohrung 49 hin abdichtet. Die Größe der Querausnehmung 56 und des Saugkanals 57 bzw. des Ausstoßkanals 58 sind dem Verstellbereich der Dosierstempel 53 angepaßt, so daß selbst in den beiden Extremstellungen der Dosierstempel 53 eine genügend große Überdeckung sichergestellt ist. Die Verstellung der Dosierstempel 53 erfolgt mittels Verstellstiften 61, die bevorzugt aus Keramik bestehen und die in eine im unteren Bereich der Dosierstempel 53 ausgebildete Querbohrung 62 eingreifen. Die mittleren Bereiche 63 der Verstellstifte 61 sind innerhalb von Aussparungen 64 der Füllräder 20 angeordnet, während die aus den Füllrädern 20 herausragenden Enden der Verstellstifte 61 in Gleitbahnen 65 einer Verstellscheibe 66 hineinragen. Wie am besten aus der Fig. 4 ersichtlich ist, sind die Gleitbahnen 65 jeweils bogenförmig ausgebildet und versetzt zueinander angeordnet. Wesentlich ist, daß der Abstand der Gleitbahnen 65 zur Ausnehmung 52 entlang der Gleitbahnen 65 jeweils veränderlich ist, so daß bei einer Drehung der Verstellscheibe 66 relativ zum Füllrad 20 alle in den Gleitbahnen 65 geführten Verstellstifte 61 in gleichem Maße radial nach innen bzw. außen bewegt werden, infolgedessen sich gleichzeitig die Stellung der Dosierstempel 53 in den Dosierbohrungen 49 zum Verstellen der Dosiervolumina in gewünschter Weise verändern läßt.

Die Verstellscheibe 66 hat auf der dem Füllrad 20 zugewandten Seite einen Absatz 67, der in die Ausnehmung 52 des Füllrades 20 hineinragt und in dieser drehbar gelagert ist. Die Verstellscheibe 66 ist mittels einer Schraube 68 mit einer zweiten Antriebswelle 70 drehfest verbunden, die innerhalb der ersten Antriebswelle 34 in zwei Lagern 71 gelagert ist, und die auf der dem Füllrad 20 gegenüberliegenden Seite mit einem Wellenstummel 72 aus der ersten Antriebswelle 34 herausragt. Auf dem Wellenstummel 72 ist ein zweites Zahnriemenrad 73 befestigt, das über einen für beiden Verstellscheiben 66 gemeinsamen, beidseitig verzahnten zweiten Zahnriemen 74 mit einem zweiten Servomotor 75 gekoppelt ist.

Zwischen dem zweiten Zahnriemenrad 73 und der zugewandten Stirnseite der ersten Antriebswelle 34 ist eine Druckfeder 76 angeordnet, die die Verstellscheibe 66 samt Füllrad 20 gegen die Dichtplatte 29 drückt. Zuletzt weist die Vorrichtung 10 noch für jedes Füllrad 20 eine mit einer Überdruckquelle verbundene Ausblasdüse 77 auf (Fig. 1 und 2). Diese Ausblasdüsen 77 sind in Bezug auf die in der Fig. 2 mit 78 und 79 bezeichneten Drehrichtungen der Füllräder 20 um jeweils 90° der mit den Behältern 2 ausgerichteten Abgabeposition des Pulvers 1 nachgeordnet und mit den Dosierbohrungen 49 ausgerichtet.

Die oben beschriebene Vorrichtung 10 arbeitet wie folgt: Die Behälter 2 werden von der Fördereinrichtung 11 taktweise unter die Füllräder 20 gefördert und mit diesen ausgerichtet. Nachfolgend sind grundsätzlich zwei Betriebsarten der Vorrichtung 10 voneinander zu unterscheiden. Bei der ersten Betriebsart wird die gesamte gewünschte Füllmenge an Pulver 1 von einem einzigen der beiden Füllräder 20 in den Behälter 2 eingegeben. In diesem Fall ist der Vorschub der Fördereinrichtung 11 derart, daß nur jeweils jeder zweite Behälter 2 entweder unter dem ersten Füllrad 20 oder dem zweiten Füllrad 20 zum Stillstand kommt. Bevorzugt ist jedoch die zweite Betriebsart, bei der in jeden Behälter 2 durch jedes der beiden Füllräder 20 jeweils die Hälfte der Füllgutmenge eingegeben wird. Dadurch wird zum einen das in jedem Füllrad 20 erforderliche Dosiervolumen herabgesetzt, und zum andern läßt sich die Anzahl der Dosierbohrungen 49 an dem Füllrad 20 verringern, was beides eine kleinere Baugröße des Füllrades 20 ermöglicht. Da zudem beide Füllräder 20 von einem gemeinsamen Servomotor 45 angetrieben werden, hält sich der Mehraufwand der Vorrichtung 10 gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen in Grenzen, da zwei Füllräder kleineren Durchmessers ein Füllrad mit einem größeren Durchmesser ersetzen.

Beiden Betriebsarten der Vorrichtung 10 ist gemeinsam, daß entsprechend der Stellung der Dosierstempel 53 eine vorbestimmte Menge Pulver 1 in die Dosierbohrungen 49 gelangt, wenn sich diese im Bereich der Aussparung 22 des Pulverzuführraumes 18 befinden. Dies erfolgt durch den in den Saugbohrungen 55 über den Saugkanal 57 anliegenden Unterdruck. Über die Umfangsfläche 51 der Füllräder 20 ragendes bzw. anhaftendes Pulver 1 wird bei der nachfolgenden Drehung des Füllrades 20 mittels des Rakelmessers 26 abgestreift.

Wesentlich bei allen Bewegungen des Füllrades 20 ist, daß die beiden Servomotoren 45, 75 das Füllrad 20 und die Verstellscheibe 66 taktweise und synchron antreiben, so daß die Stellungen der Dosierstempel 53 im Füllrad 20 unverändert bleiben. Wenn sich das Füllrad 20 auf der gegenüber der Aussparung 22 um 180° versetzten Übergabeposition befindet, befinden sich die Saugbohrungen 55 im Bereich des Ausstoßkanals 58, so daß mit Hilfe von Druckluft zuvor in den Dosierbohrungen 49 befindliches Pulver 1 in den Behälter 2 ausgestoßen wird. Wie bereits erläutert, wird das Füllrad 20 taktweise gedreht. Im Ausführungsbeispiel wird das Füllrad 20 um jeweils 90° in Drehrichtung 78, 79 gedreht, so daß auf der der Übergabeposition um 90° nachfolgenden Halteposition mittels der Ausblasdüse 77 eventuell in der Dosierbohrung 49 noch haftendes Pulver 1 aus der Dosierbohrung 49 ausgeblasen werden kann. Dadurch ist gewährleistet, daß sich bei jedem Dosiervorgang kein Pulver 1 mehr in den Dosierbohrungen 49 befindet, was die Dosiergenauigkeit erhöht und ein Zusetzen der Dosierstempel 53 mit Pulver 1 verhindert.

Soll das Dosiervolumen in den Füllrädern 20 verändert werden, so erfolgt dies durch einen kurzzeitigen asynchronen Betrieb der beiden Servomotoren 45, 75. Die neue gewünschte Dosiermenge wird bevorzugt über eine Eingabeeinheit in die Steuereinrichtung der Vorrichtung 10 eingegeben. Diese treibt dann in einer Stillstandsphase der Füllräder 20 kurzzeitig den Servoantrieb 75 an, während der andere Servoantrieb 45 stillsteht. Dadurch ändert sich die Stellung der Verstellscheibe 66 relativ zum Füllrad 20 und somit auch die Stellung der Dosierkolben 49 in gewünschter Weise. Anschließend werden beide Servomotoren 45, 75 wieder synchron angetrieben.

In einer nicht dargestellten, abgewandelten Ausführung der Erfindung ist zwischen den beiden Füllrädern 20 eine Kontrollwaage zur Ermittlung der durch das erste Füllrad 20 eindosierten Füllmenge angeordnet. Ferner weisen die beiden Verstellscheiben 66 jeweils einen separaten Antrieb auf. Mit einer derart abgewandelten Vorrichtung ist es nunmehr möglich, durch die beiden Füllräder 20 unterschiedliche Füllgutmengen zu dosieren. So ist es denkbar, durch das erste Füllrad 20 z. B. 90% der gewünschten Füllmenge einzudosieren, während das zweite Füllrad 20, abhängig vom zuvor von der Kontrollwaage ermittelten Ergebnis, die restlichen 10% eindosiert. Auf diese Weise läßt sich die Dosiergenauigkeit erhöhen, wobei gleichzeitig dadurch, daß die beiden Füllräder 20 weiterhin einen gemeinsamen Antrieb aufweisen, der Aufwand insbesondere nur durch den zusätzlichen Servomotor für die eine Verstellscheibe 66 und die Kontrollwaage erhöht wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung (10) zum Dosieren und Abfüllen von pulverförmigem Füllgut (1) in Behälter (2), mit einer taktweise arbeitenden Transporteinrichtung (11) für die Behälter (2), einem Vorratsraum (18) für das Füllgut (1) und einem taktweise horizontal umlaufenden Füllrad (20), welches radial angeordnete Aufnahmebohrungen (49) für in ihrer Position in den Aufnahmebohrungen (49) verstellbare Dosierkolben (53) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Füllrad (20) aus keramischem Werkstoff besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Füllräder (20) in Förderrichtung (23) der Behälter (2) hintereinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Dosierkolben (53) mittels einer zentralen Verstelleinrichtung veränderbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung eine relativ zur Antriebswelle (34) des Füllrades (20) drehbare Verstellscheibe (66) hat, in welcher für jeden Dosierkolben (53) eine spiralförmige Führungsbahn (65) ausgebildet ist, in der ein mit dem Dosierkolben (53) verbundener Führungsstift (61) eingreift.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellscheibe (66) mit einer Verstellwelle (70) verbunden ist, welche innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle (34) des Füllrades (20) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (34) des Füllrades (20) und die Verstellscheibe (66) mit jeweils einem Servoantrieb (45, 75) gekoppelt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorhandensein mehrerer Füllräder (20) und mehrerer Verstellscheiben (66) die Füllräder (20) und die Verstellscheiben (66) gemeinsam von jeweils einem einzigen Servoantrieb (45, 75) angetrieben sind, die mittels jeweils eines Zahnriemens (43, 74) mit den Füllrädern (20) und Verstellscheiben (66) gekoppelt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierkolben (53) aus Edelstahl mit einem Sieb (54) oder aus luftdurchlässiger Keramik bestehen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstifte (61) Edelstahl oder Keramik bestehen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllrad (20) mit einem aus Kunststoff oder Keramik bestehenden Abstreifkörper (26) für überstehendes Füllgut (1) zusammenwirkt.