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Die Erfindung betrifft eine Pulverzufuhreinheit mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Pulverdosierer mit einer solchen Pulverzufuhreinheit.
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Bei bestimmten Anwendungsfällen insbesondere im pharmazeutischen Bereich kommen Pulver zum Einsatz, die exakt dosiert werden müssen. Hierzu wird verbreitet eine volumetrische Dosierung vorgenommen, wobei das Pulver in Dosierkammern mit exakt definiertem Volumen eingebracht und dadurch abgemessen wird. Der Inhalt einer solchen Dosierkammer wird dann als dosierte Teilmenge des Pulvervorrats in einen Zielbehälter wie beispielsweise eine Steckkapsel überführt.
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Verschiedene Pulverformulierungen haben einen mehr oder weniger ausprägten Hang zur Bildung von Agglomeraten, wobei Pulver mit sehr kleinen Partikelgrößen besonders zum Agglomerieren neigen. Dies erschwert das exakte Dosieren insbesondere mittels der genannten Volumendosierer, da die kaum vermeidbaren Agglomerate das Einbringen des Pulvers in die Dosierkammern erschweren.
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Zur Unterstützung der Pulvereinbringung sind im Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt, deren Wirkprinzipien sich grundsätzlich in zwei Kategorien aufteilen lassen. Einerseits gibt es den Ansatz des Lamellenrührers, dessen Rührelemente in Form von elastischen Silikonlamellen das Pulver aktiv zu den Dosierkammern fördern und unter lokaler Verdichtung in die Dosierkammern einstreichen. Der Lamellenrührer findet jedoch seine Grenzen bei Pulvern mit besonders ausgeprägter Agglomeratbildung. Außerdem ist die Verdichtung bei bestimmten Pulversorten nicht unbedingt erwünscht. Andererseits gibt es den Ansatz der sogenannten Fluidisierung, bei der beispielsweise mittels eines Rüttelsiebes mechanische Schwingungen in das Pulver eingebracht werden. Im Unterschied zum Lamellenrührer wird das Pulver unter Verringerung seiner Dichte aufgelockert und in seiner Fließfähigkeit verbessert. Agglomerate werden aufgebrochen, und das Pulver fließt unter Einwirkung der Schwerkraft, gegebenenfalls unterstützt durch Ansaugung in die Dosierkammern. Bei besonders problematischen Pulvern wie bei sprühgetrockneten Pulvern können für den gleichen Zweck auch Piezo-Ultraschallgeber zum Einsatz kommen. Die Wirkung ist jedoch nur eingeschränkt, und die Ausbringung der dosierten Teilmengen stark reduziert. Insgesamt und unabhängig vom gewählten Ansatz ist die gleichmäßige Einbringung von Pulvern in die Dosierkammern problematisch geblieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Pulverzufuhreinheit derart weiterzubilden, dass die Pulverübergabe in eine angeschlossene Dosiereinheit verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Pulverzufuhreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.
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Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, einen Pulverdosierer mit verbesserter Pulverbefüllung seiner Dosierkammern anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch einen Pulverdosierer mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erfüllt.
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Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass im Innenraum des Pulverbehälters ein um eine Drehachse drehend antreibbarer Rührer mit mindestens einem Rührelement angeordnet ist, wobei das mindestens eine Rührelement als ein in einer Längsrichtung sich erstreckendes drahtförmiges und biegeweiches Gebilde ausgeführt und unter Längsspannung in Form gehalten ist. Bevorzugt ist dabei das mindestens eine Rührelement als Draht, als Drahtlitze oder als Kunststofffaden ausgebildet, und weist dabei zweckmäßig einen maximalen Durchmesser von < 1,0 mm, bevorzugt von < 0,5 mm und insbesondere von < 0,3 mm auf.
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Die Erfindung basiert auf der Idee, die Fließfähigkeit des Pulvers mit einem Rührer auf eine ganz eigene Weise zu verbessern. Hierzu wird das mindestens eine drahtförmige Rührelement unter Verzicht auf eine eigene signifikante Biegesteifigkeit so dünn ausgestaltet, dass es beim Rührvorgang abweichend vom Stand der Technik nicht zu einer Pulververdichtung und auch nicht zu einem nennenswerten Pulvertransport kommt. Außerdem muss es nicht zur Dichteverringerung des Pulvers wie bei der Fluidisierung unter Einsatz von mechanischen Schwingungen kommen. Vielmehr durchschneidet das dünne Rührelement das Pulver einschließlich der darin befindlichen Agglomerate. Letztere werden durch das Zerschneiden aufgelöst, so dass das Pulver ungehindert und gegebenenfalls unterstützt durch Vakuumansaugung in die Dosierkammern der Dosiereinheit fallen kann. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch auch sehr problematische Pulver wie gefriergetrocknete Pulver zuverlässig und ohne Qualitätsverlust dosiert werden können.
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Es kann ausreichen, nur ein einziges drahtförmiges Gebilde um die Drehachse herum rotieren und auf das Pulver einwirken zu lassen. Bevorzugt sind jedoch mehrere Rührelemente über den Umfang des Rührers verteilt und insbesondere zumindest teilweise auf unterschiedlichen Radien relativ zur Drehachse angeordnet. Hierdurch wird die oben beschriebene Zerteilungswirkung gleichzeitig und gleichmäßig innerhalb eines größeren Pulvervolumens ausgeübt, so dass immer eine ausreichende, homogene Menge von Pulver ohne Agglomerate für den Dosiervorgang bereitsteht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Rührer ein zentrales Achselement mit zwei Endscheiben auf, wobei die mehreren Rührelemente aus einem Endlosmaterial in einem Wickelmuster zwischen den Endscheiben hin und her verlaufend gespannt sind. Das Achselement wirkt dabei als starrer Abstandshalter zwischen den beiden Endscheiben, so dass auf die dünnen Rührelemente ausreichend Zug aufgebracht werden kann. Das Wickeln ist eine einfache und wirkungsvolle Methode, den dünnen Rührelementen ihre gewünschte Form, Position und auch Längsspannung zu geben. Die Endscheiben erlauben hierbei die freie Gestaltung eines gewünschten Wickelmusters, so dass sich die gewünschte Wirkung auf ein bestimmtes Pulvervolumen ergibt.
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Für die gewünschte Auflösung von vorhandenen Pulveragglomeraten kann das oben beschriebene Durchschneiden des Pulvers ausreichen. In einer bevorzugten Weiterbildung ist jedoch ein auf das mindestens eine Rührelement einwirkender Schwingungsgenerator vorgesehen. Hiermit kann das Rührelement aufgrund seiner Längsspannung wie die Saite eines Musikinstruments in eine Transversalschwingung versetzt werden, was zusätzlich zum bereits genannten Schneideffekt auch zu einem volumenvergrößernden Auflockerungseffekt führt. Die Fließfähigkeit des Pulvers kann hierdurch weiter verbessert werden.
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Grundsätzlich kommen im Rahmen der Erfindung beliebige Ausrichtungen des Rührers in Betracht. Bevorzugt ist jedoch der Rührer mit horizontal liegender Drehachse unmittelbar oberhalb der Ausgangsöffnung angeordnet. Insbesondere bei einer schlitzförmigen Ausgangsöffnung unmittelbar oberhalb der Walze eines Walzendosierers reicht die Schneidbewegung eines einzelnen Rührelementes bis in unmittelbare Nähe einer ganzen Reihe von Dosierbohrungen, so dass letztere ganz unmittelbar mit Agglomerat-freiem Pulver beaufschlagt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 in einer schematischen Querschnittsdarstellung einen erfindungsgemäß ausgeführten Walzendosierer mit einem Rührer, welcher mit mehreren drahtförmigen Rührelementen versehen ist, und
- 2 in einer schematischen Seitenansicht den Rührer nach 1 mit konstruktiven Einzelheiten.
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1 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung einen erfindungsgemäß ausgeführten Pulverdosierer in Form eines Walzendosierers zur Dosierung, also zur volumetrischen Abmessung und Vereinzelung von Teilmengen eines pharmazeutischen Pulvers. Im Rahmen der Erfindung kann der Pulverdosierer jedoch auch für andere Anwendungsfälle außerhalb des Pharmabereiches eingesetzt werden. Außerdem können anstelle des Walzendosierers auch andere Bauformen eines Pulverdosierers zum Einsatz kommen.
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Der gezeigte Pulverdosierer weist eine Dosiereinheit 12 und eine in Gewichtskraftrichtung unmittelbar darüber positionierte Pulverzufuhreinheit 1 auf. Die Pulverzufuhreinheit 1 umfasst einen Pulverbehälter 2, in dessen Innenraum 3 sich ein Pulvervorrat 13 befindet. Aus dem Pulvervorrat 13 heraus wird das zu dosierende Pulver durch eine Ausgangsöffnung 4 des Pulverbehälters 2 hindurch der Dosiereinheit 12 zugeführt.
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Die Dosiereinheit 12 weist eine Dosierwalze 15 auf, welche um eine horizontal liegende Drehachse 16 in Richtung eines Pfeiles 17 drehend antreibbar ist. Auf ihrer Umfangsseite ist die Dosierwalze 15 mit mindestens einer achsparallel zur Drehachse 16 sich erstreckenden Reihe von Dosierbohrungen 18 versehen, wobei in der hier gezeigten Schnittdarstellung der 1 nur eine einzelne Dosierbohrung 18 dargestellt ist. Die Dosierbohrungen sind durch ihre Umfangswand und einen radial inneren Boden in ihrem Volumen klar definiert. Hierdurch bilden sie Dosierkammern, welche ein entsprechendes Volumen des Pulvers aus dem Pulvervorrat 13 aufnehmen.
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In der gezeigten oberen Drehwinkelposition der Dosierwalze 15 sind die Dosierbohrungen 18 nach oben hin zur unmittelbar darüber liegenden Ausgangsöffnung 4 des Pulverbehälters 2 offen. Korrespondierend zur genannten Reihe von Dosierbohrungen 18 ist die Ausgangsöffnung als achsparalleler Schlitz ausgeführt. Folglich fällt Pulver aus dem Pulvervorrat 13 durch die schlitzförmige Ausgangsöffnung 4 unter Einwirkung der Gewichtskraft gleichzeitig in die gesamte, oben positionierte Reihe von Dosierbohrungen 18 hinein. Dieser Vorgang wird noch durch einen Ansaugprozess unterstützt: Die Böden der Dosierbohrungen 18 sind als Siebe 19 ausgeführt, durch welche die Dosierbohrungen 18 mit Unterdruck beaufschlagt werden. Durch die Siebe 19 wird aus den Dosierbohrungen 18 Luft abgesaugt und gleichzeitig Pulver aus dem Pulvervorrat 13 eingesaugt, wobei das eintretende Pulver durch die Siebe 19 zurückgehalten wird und in den Dosierbohrungen 18 verbleibt. Im Ergebnis füllen sich die einzelnen Dosierbohrungen 18 mit Pulver. Nachdem dies geschehen ist, wird die Dosierwalze 15 entsprechend dem Pfeil 17 weitergedreht. Hierbei streift eine auf der Umfangsfläche der Dosierwalze 15 aufstehende Rakel 20 überschüssiges Pulver ab, so dass die einzelnen Dosierbohrungen 18 mit volumetrisch exakt dosierten Teilmengen des Pulvers befüllt sind. In einer nicht dargestellten unteren Drehwinkelposition werden dann diese dosierten Teilmengen in entsprechende Zielbehälter wie beispielsweise Steckkapseln ausgestoßen.
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Zur Unterstützung des Vorganges der Pulverübergabe zur Dosiereinheit 12 umfasst die Pulverzufuhreinheit 1 einen Rührer 5, welcher im Innenraum 3 des Pulverbehälters 2 angeordnet und um eine horizontale Drehachse 8 in Richtung eines Pfeiles 14 drehend antreibbar ist. Im Betriebszustand taucht der Rührer 5 zumindest teilweise in den Pulvervorrat 13 ein und ist im gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig vom Pulvervorrat 13 umschlossen. Mittels des sich drehenden Rührers 5 wird das Pulver im Pulvervorrat 13 in nachstehend näher beschriebener Weise aufgearbeitet.
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2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht den Rührer 5 nach 1 mit konstruktiven Einzelheiten. Der Rührer 5 weist ein zentrales Achselement 9 mit zwei endseitigen Lagerbereichen auf, an denen der Rührer 5 im eingebauten Zustand um die Drehachse 8 drehbar gelagert ist. Das Achselement 9 ist in einem seiner Lagerbereiche geschlitzt ausgeführt, um hierdurch einen formschlüssigen Drehantrieb um die Drehachse 8 zu ermöglichen. Zwischen den Lagerbereichen gibt es einen zentralen Rührabschnitt, der in Achsrichtung durch zwei Endscheiben 10 eingefasst ist. Mit radialem Abstand zur Drehachse 8 und zum Achselement 9 verläuft zwischen den beiden Endscheiben 10 mindestens ein Rührelement 6. Im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind mehrere Rührelemente 6, 6', 6" vorgesehen. Genauer handelt es sich um zwei Sätze zu je drei Rührelementen 6, 6', 6", welche sich entsprechend der Darstellung nach 1 bezüglich der Drehachse 8 diametral gegenüberliegen. Es kann aber auch eine andere Anzahl und Verteilung von Rührelementen 6, 6', 6" zweckmäßig sein.
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Die Rührelemente 6, 6', 6" sind gemäß der Erfindung als relativ zu ihrer Länge sehr dünne, drahtförmige und biegeweiche Gebilde ausgeführt und erstrecken sich von einer Endscheibe 10 zur anderen Endscheibe 10 in einer durch einen Doppelpfeil angegebenen Längsrichtung 7, welche hier parallel zur Drehachse 8 verläuft. Im Rahmen der Erfindung kommt es nicht darauf an, dass die Längsrichtung 7 exakt parallel zur Drehachse 8 liegt. Vielmehr kann hier auch ein schräger, winkliger Verlauf zweckmäßig sein, solange die Rührelemente 6, 6', 6" von einem Endbereich zum gegenüberliegenden Endbereich des Rührers 5 führen.
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Der gewählte Begriff „drahtförmig“ bedeutet hier, dass es sich nicht um ein Flächengebilde handelt, sondern dass ein maximaler Durchmesser des drahtförmigen Gebildes sehr viel kleiner als seine Länge ist. Der maximale Durchmesser ist zweckmäßig < 1,0 mm, vorteilhaft < 0,5 mm und insbesondere < 0,3 mm, und beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 0,2 mm. Vorliegend ist hierfür ein Edelstahldraht mit kreisrundem Querschnitt gewählt. Es können aber auch andere Querschnittsformen des Drahtes zweckmäßig sein. Anstelle eines einzelnen Drahtes kann auch eine aus Einzeldrähten gedrehte oder geflochtene Drahtlitze, ein Kunststofffaden aus Einzel- oder Mehrfachfilamenten oder dergleichen zweckmäßig sein.
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Jedenfalls sind die Rührelemente 6, 6', 6'' derart dünn und biegeweich, dass sie keine signifikante eigenständige Formbeständigkeit mitbringen. Vielmehr erhalten und behalten sie ihre Form und ihren Verlauf dadurch, dass sie zwischen ihren Enden, hier also zwischen den Endscheiben 10 mit Vorspannung in ihrer Längsrichtung 7 eingespannt sind. Auf die Vorspannung kann aber auch verzichtet werden, so dass sich eine formhaltende Längsspannung erst unter Betriebslast beim Rühren aufbaut. Diese zwischen den Endscheiben 10 wirkende Längsspannung wird vom Achselement 9 als Gegenhalter aufgenommen. Das Achselement 9 überträgt zudem die vom nicht dargestellten Drehantrieb aufgebrachte Drehbewegung auf die Endscheiben 10 und von dort auf die Rührelemente 6, 6', 6''. Die Rührelemente 6, 6', 6'' können einzeln ausgeführt und einzeln verspannt sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind sie aus einem Endlosmaterial in einem Wickelmuster zwischen den Endscheiben 10 hin und her verlaufend gespannt. An den Endscheiben sind Umlenkungen gebildet, deren Radien ausreichend groß bemessen sind, dass die Rührelemente 6, 6', 6'' hier keine plastische Verformung erfahren.
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Aus der Zusammenschau der 1, 2 ergibt sich noch, dass die Rührelemente 6, 6', 6'' auf unterschiedlichen Radien r1 , r2 , r3 relativ zur Drehachse 8 angeordnet sind, womit sie bei ihrer kreisförmigen Umlaufbewegung um die Drehachse 8 ein eingeschlossenes Pulvervolumen nahezu vollständig durchteilen. Aufgrund der sehr dünnen Ausbildung handelt es dabei tatsächlich um eine schneidende Teilungsbewegung, welche eventuell vorhandene Pulveragglomerate auftrennt, ohne jedoch in signifikantem Maße das Pulver aufzulockern oder zu transportieren. Vorrangig aufgrund des Auftrennens wird die Fließfähigkeit des Pulvers im Pulvervorrat 13 so weit erhöht, dass es ungehindert aus dem Pulverbehälter 2 zur Dosiereinheit 12 gelangt. Dadurch, dass der Rührer 5 mit horizontal liegender Drehachse 8 unmittelbar oberhalb der Ausgangsöffnung 4 angeordnet ist, durchstreicht zumindest ein Teil der Rührelemente 6, 6', 6" den unmittelbaren Bereich der Ausgangsöffnung 4, so dass der Pulverdurchtritt durch diesen engen, kritischen Bereich erleichtert wird. Drehzahl und Drehrichtung des Rührers 5 können über den nicht dargestellten Drehantrieb nach Bedarf eingestellt und auch variiert werden. Neben einer kontinuierlichen Drehbewegung ist ein intermittierender Betrieb möglich.
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Ergänzend kann noch ein optionaler Schwingungsgenerator 11 vorgesehen sein, welcher schematisch in Blockdarstellung in 2 angedeutet ist. Dieser Schwingungsgenerator 11 wirkt derart auf eines, mehrere oder alle Rührelemente 6, 6', 6" ein, dass diese zu einer translatorischen Schwingbewegung angeregt werden. Diese überträgt sich auf den umgebenden Pulvervorrat, welcher zusätzlich zum vorstehend beschriebenen Vorgang des Durchschneidens noch aufgelockert und in seiner Fließfähigkeit verbessert wird.
