DE69815874T2

DE69815874T2 - Pulverfüllvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE69815874T2
Application number: DE69815874T
Authority: DE
Inventors: Gordon Stout; Xuyen Pham; J. Michael ROCCHIO; A. Kyle NAYDO; J. Derrick PARKS; Patrick Reich
Original assignee: Nektar Therapeutics
Current assignee: Nektar Therapeutics
Priority date: 1997-10-10
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2018-10-07
Also published as: EP1354795B1; ZA989097B; ES2242923T3; JP2001519296A; DK1354795T4; HU224246B1; IS2112B; WO1999019215A1; DE69830208D1; YU49263B; IL135534A; ES2201542T3; KR100786590B1; ATE295299T1; ES2242923T5; CO4970755A1; EP1021335A1; BG64618B1; NO20001806L; DK1354795T3

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich der Verarbeitung von feinem Pulver und insbesondere den abgemessenen Transport von feinem Pulver. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Füllen von Aufnahmebehältern mit Dosiereinheiten von nicht-rieselfähigem, aber dispergierbaren, fein pulverisierten Medikamenten, insbesondere zur nachfolgenden Inhalation durch einen Patienten.
Die effiziente Verabreichung an einen Patienten ist ein entscheidender Aspekt jeder erfolgreichen Medikamententherapie. Verschiedene Wege der Verabreichung existieren, und jeder weist eigene Vorteile und Nachteile auf. Die orale Verabreichung von Tabletten, Kapseln, Elixieren und Ähnlichem ist vielleicht die bequemste Methode, doch viele Medikamente haben einen unangenehmen Geschmack, und aufgrund ihrer Größe sind Tabletten schwierig zu schlucken. Darüber hinaus werden Medikamente häufig im Verdauungstrakt abgebaut, bevor sie resorbiert werden können. Ein solcher Abbau stellt insbesondere bei modernen Proteinpräparaten ein Problem dar, da diese durch proteolytische Enzyme im Verdauungstrakt rasch abgebaut werden. Die subkutane Injektion ist häufig ein effizienter Weg der systemischen Medikamentenverabreichung, insbesondere der Verabreichung von Proteinen, stößt jedoch bei den Patienten auf eine geringe Akzeptanz und produziert scharfe Abfallartikel, z. B. Nadeln, die schwierig zu entsorgen sind. Da die Notwendigkeit der häufigen Injektion von Medikamenten ein- oder mehrmals am Tag, wie beispielsweise bei Insulin, zu einer schlechten Compliance des Patienten führen kann, wurden eine Reihe alternativer Verabreichungswege entwickelt, einschließlich der perkutanen, intranasalen, rektalen, vaginalen und pulmonalen Verabreichung.
Von besonderem Interesse für die vorliegende Erfindung sind Verfahren der pulmonalen Medikamentenverabreichung, die auf der Inhalation einer Medikamentendispersion oder eines Aerosols durch den Patienten basieren, so dass die aktive Substanz in der Dispersion die distalen (alveolaren) Bereiche der Lunge erreichen kann. Man hat herausgefunden, dass einige Medikamente über den alveolaren Bereich rasch direkt in die Blutbahn absorbiert werden. Besonders vielversprechend ist die pulmonale Verabreichung bei der Verabreichung von Proteinen und Polypeptiden, welche auf anderen Wegen schwierig zu verabreichen sind. Die pulmonale Gabe von Medikamenten kann sowohl bei der systemischen Behandlung als auch bei der lokalen Behandlung von Lungenerkrankungen wirksam sein.
Die pulmonale Verabreichung von Medikamenten (einschließlich sowohl systemischer als auch lokaler Behandlung) kann wiederum auf verschiedenen Wegen erfolgen, einschließlich Fluidverneblern, Dosierinhalatoren (MDI's) und Vorrichtungen zur Trockenpulverdispersion. Vorrichtungen zur Dispersion von Trockenpulver sind bei der Verabreichung von Protein- und polypeptidhaltigen Medikamenten, welche in einer Trockenpulverformulierung leicht hergestellt werden können, besonders vielversprechend. Viele, sonst labile Proteine und Polypeptide können stabil als gefriergetrocknete oder sprühgetrocknete Pulver allein oder in Kombination mit geeigneten Pulverträgern gelagert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Trockenpulver eine viel höhere Konzentration aufweisen als Medikamente in flüssiger Form.
Die Verabreichung von Proteinen und Polypeptiden als Trockenpulver ist jedoch in verschiedener Hinsicht problematisch. Die Dosierung zahlreicher Protein- und Polypeptidmedikamente ist häufig entscheidend, so dass es erforderlich ist, dass das Trockenpulververabreichungssystem eine akkurate, präzise und wiederholbare Verabreichung der angestrebten Substanzmenge ermöglicht. Darüber hinaus sind viele Proteine und Polypeptide eher teuer, typischerweise viel teurer als konventionelle Medikamente auf einer per-Dosis Basis. Es ist daher entscheidend, die Trockenpulver mit einem minimalen Medikamentenverlust in den Zielbereich der Lunge bringen zu können.
Für einige Anwendungen werden Medikamente in Form feiner Pulver für Trockenpulverdispersionsvorrichtungen in kleinen Einmaldosisbehältern geliefert, wobei sie häufig einen durchstechbaren Deckel oder eine andere Zugangsfläche (üblicherweise als Blisterpackung bezeichnet) aufweisen. Beispielsweise sind die in den US-Patenten Nr. 5,785,049 und 5,740,794 beschriebenen Dispersionsvorrichtungen gebildet, um einen solchen Behälter aufzunehmen. Wenn der Behälter in der Vorrichtung platziert ist, wird eine Multi-Flow Ausstoßvorrichtung mit einem Zuführrohr durch den Deckel des Behälters geführt, um einen Zugang zu dem darin enthaltenen Medikamentenpulver zu erhalten. Die Multi-Flow Ausstoßvorrichtung erzeugt darüber hinaus in dem Deckel Luftlöcher, um einen Luftfluss durch den Behälter zu ermöglichen, um das Medikament mitzuführen und auszustoßen. Dieser Vorgang wird durch einen Hochgeschwindigkeitsluftstrom getrieben, welcher hinter einem Teil des Rohrs, wie beispielsweise einem Auslassende, geleitet wird, um Pulver aus dem Behälter durch das Rohr und in den fließenden Luftstrom zu saugen, um ein Aerosol zur Inhalation durch den Patienten zu bilden. Der Hochgeschwindigkeitsluftstrom transportiert das Pulver aus dem Behälter in einer partiell deagglomerierten Form, und die endgültige, vollständige Deagglomerierung erfolgt in dem Mischvolumen, gerade stromabwärts des Hochgeschwindigkeitslufteinlasses.
Von besonderem Interesse für die vorliegende Erfindung sind die physikalischen Eigenschaften schwer fließender Pulver. Schwer fließende Pulver sind Pulver mit physikalischen Eigenschaften, wie der Rieselfähigkeit, die von Kohäsionskräften zwischen den einzelnen Einheiten oder Partikeln (nachfolgend „einzelne Partikel" genannt), welche das Pulver bilden, dominiert werden. In solchen Fällen fließt das Pulver nicht gut, weil sich die einzelnen Partikel nicht einfach unabhängig voneinander bewegen können, sondern sich als Klumpen mit vielen Partikeln bewegen. Wenn solche Pulver geringen Kräften ausgesetzt werden, neigen sie dazu, gar nicht zu fließen. Werden die auf das Pulver wirkenden Kräfte erhöht, um die Kohäsionskräfte zu übertreffen, bewegt sich das Pulver in großen, agglomerierten „Klumpen" der einzelnen Partikel. Kommt das Pulver jedoch zur Ruhe, bleiben die großen Agglomerationen bestehen und führen zu einer uneinheitlichen Pulverdichte aufgrund von Hohlräumen und Bereichen geringer Dichte zwischen den großen Agglomerationen und Bereichen lokaler Komprimierung.
Diese Art Verhalten neigt dazu, sich zu verstärken, wenn die einzelnen Partikel kleiner werden. Dies ist sehr wahrscheinlich, da bei kleineren Partikeln die Kohäsionskräfte, wie Van-der-Waals-Kräfte, elektrostatische Kräfte, Reibung und andere Kräfte, bezüglich der Gravitations- und Trägheitskräfte, welche aufgrund der geringen Masse auf die einzelnen Partikel wirken können, größer werden. Das ist für die vorliegende Erfindung von Bedeutung, da die Schwerkraft und Trägheitskräfte, die durch Beschleunigung hervorgerufen werden, sowie andere wirkende Motivatoren üblicherweise verwendet werden, um Pulver zu bearbeiten, zu bewegen und abzumessen.
Wenn beispielsweise feine Pulver vor der Platzierung in Dosierbehältern abgemessen werden, agglomeriert das Pulver häufig ungleichmäßig, wodurch Hohlräume und übermäßige Abweichungen in der Dichte entstehen und die Genauigkeit der üblicherweise in der Produktion mit großem Durchsatz zur Dosierung verwendeten Volumendosierverfahren verringert wird. Eine solche ungleichmäßige Agglomeration ist darüber hinaus auch unerwünscht, da die Pulveragglomerate zur pulmonalen Verabreichung in die einzelnen Partikel aufgelöst werden, das heißt dispergierbar gemacht werden müssen. Eine solche Deagglomeration findet in Dispersionsvorrichtungen häufig durch Scherkräfte statt, welche durch den zur Extraktion des Medikamentes aus dem Dosierbehälter oder einem anderen Behältnis verwendeten Luftstrom oder durch einen anderen Mechanismus zur Übertragung mechanischer Energie (z. B. Ultraschall, Gebläse/Laufrad u. ä.) erzeugt werden. Sind jedoch die Agglomerate aus feinem Pulver zu stark verdichtet, sind die durch den Luftstrom oder andere Dispergiermechanismen erzeugten Scherkräfte nicht ausreichend, um das Medikament wirksam in die einzelnen Partikel zu dispergieren.
Einige Versuche, die Agglomeration der einzelnen Partikel zu verhindern bestehen darin, Mischungen aus Mehrphasen-Pulvern (typischerweise ein Träger oder Streckmittel) zu erzeugen, in denen größere Partikel (manchmal verschiedener Größenbereiche), z. B. ungefähr 50 μm mit kleineren Medikamentenpartikeln, z. B. 1 μm bis 5 μm kombiniert werden. In diesem Fall heften sich die kleineren Partikel an die größeren Partikel, so dass das Pulver während der Verarbeitung und während des Füllprozesses die Eigenschaften eines 50 μm-Pulvers aufweist. Ein solches Pulver fließt leichter und lässt sich besser dosieren. Ein Nachteil eines solchen Pulvers besteht jedoch darin, dass es schwierig ist, die kleineren Partikel von den größeren Partikeln zu entfernen, und die resultierende Pulverformulierung besteht größtenteils aus der voluminösen Fließmittelkomponente, welche in der Vorrichtung oder dem Magen des Patienten enden kann.
Derzeit übliche Methoden zum Füllen von Dosierbehältern mit pulverisierten Medikamenten umfassen eine direkte Schüttmethode, bei der ein körniges Pulver mittels der Schwerkraft (manchmal in Kombination mit Rühren oder Bewegen der „Masse") direkt in eine Dosierkammer geschüttet wird. Wenn die Kammer bis zu dem gewünschten Niveau gefüllt ist, wird das Medikament aus der Kammer in den Behälter ausgestoßen. Bei einem solchen direkten Schüttverfahren können in der Dosierkammer Schwankungen in der Dichte auftreten, wodurch die Effizienz der Dosierkammer bezüglich des genauen Abmessens einer Dosiermenge des Medikaments verringert wird. Darüber hinaus ist das Pulver in einem granulierten Zustand, was für viele Anwendungen unerwünscht sein kann.
Es wurden Versuche unternommen, die Schwankungen in der Dichte zu minimieren, indem das Pulver in der Kammer oder vor der Einbringung in die Dosierkammer komprimiert wird. Eine solche Komprimierung ist jedoch insbesondere bei Pulvern aus feinen Partikeln nicht wünschenswert, da sie die Dispergierbarkeit des Pulvers reduziert, d. h. die Möglichkeit, das komprimierte Pulver während der pulmonalen Verabreichung mittels einer Dispergierungsvorrichtung in die einzelnen Partikel zu zerlegen, verschlechtert.
Es wäre daher wünschenswert, Systeme und Methoden für die Verarbeitung feiner Pulver zur Verfügung zu stellen, die diese Probleme überwinden oder deutlich reduzieren können. Diese Systeme und Methoden sollten die genaue und präzise Dosierung feiner Pulver ermöglichen, wenn diese zur Platzierung in Dosierbehältern in Dosiereinheiten aufgeteilt werden, insbesondere für Abfüllungen mit geringem Gewicht. Die Systeme und Methoden sollten darüber hinaus sicherstellen, dass das feine Pulver während der Verarbeitung ausreichend dispergierbar bleibt, so dass das feine Pulver in existierenden Inhalationsvorrichtungen verwendet werden kann, bei welchen das Pulver vor der pulmonalen Verabreichung in die einzelnen Partikel zerlegt werden muss. Weiterhin sollten die Systeme und Methoden die rasche Verarbeitung der feinen Pulver ermöglichen, so dass eine große Anzahl von Dosierbehältern rasch mit Dosiereinheiten von feinem Medikamentenpulver gefüllt werden kann, um Kosten zu reduzieren.
2. Beschreibung des technischen Hintergrunds
Das US-Patent Nr. 5,765,607 beschreibt eine Maschine zum Dosieren von Produkten in Behälter und umfasst eine Dosiereinheit, um das Produkt in den Behälter zu füllen.
Das US-Patent Nr. 4,640,322 beschreibt eine Maschine, die Unterdruck durch einen Filter anwendet, um Material direkt aus einem Fülltrichter seitlich in eine nicht-drehbare Kammer zu saugen.
Das US-Patent Nr. 4,509,568 beschreibt eine Vorrichtung zur Verarbeitung von körnigem Material, die ein Drehblatt zum Rühren des körnigen Materials verwendet.
Das US-Patent Nr. 2,540,059 beschreibt eine Pulverabfüllvorrichtung mit einem Rührer mit sich drehender Drahtschlinge zum Rühren des Pulvers in einem Fülltrichter bevor das Pulver mittels Schwerkraft direkt in eine Dosierkammer geschüttet wird.
Das deutschen Patent DE 3607187 beschreibt einen Mechanismus für den dosierten Transport von feinen Partikeln.
Die Produktbroschüre „E-1300 Pulverfüllstoff" beschreibt einen bei Perry Industries, Corona, CA erhältlichen Pulverfüllstoff.
Das US-Patent Nr. 3,874,431 beschreibt eine Maschine zum Füllen von Kapseln mit Pulver. Die Maschine verwendet Anreicherungsrohre, die an einem Revolverkopf gehalten sind.
Das britische Patent Nr. 1,420,364 beschreibt eine Membranvorrichtung zur Verwendung in einem Dosierhohlraum, der verwendet wird, um Trockenpulvermengen zu messen.
Das britische Patent Nr. 1,309,424 beschreibt eine Pulverfüllvorrichtung mit einer Messkammer mit einem Kolbenkopf, welcher verwendet wird, um einen Unterdruck in der Kammer zu erzeugen. Das kanadische Patent Nr. 949,786 beschreibt eine Pulverfüllmaschine mit Messkammern, die in das Pulver getaucht werden. Dann wird ein Vakuum verwendet, um die Kammer mit Pulver zu füllen.
Das US-Patent Nr. 5,377,727 beschreibt eine Vorrichtung zum Abmessen und Zuführen von partikulärem oder granulösem Material, wobei eine Behälterfördervorrichtung, eine Vorschubrolle mit axial entfernten Messtaschen, ein über der Vorschubrolle angeordneter Fülltrichter und eine zwischen der Fördervorrichtung und der Vorschubrolle angeordnete Rutsche verwendet werden. Ein Rührstab, welcher Blockierungen verhindert, ist im Trichter vorgesehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein System, eine Vorrichtung und ein Verfahren, hauptsächlich nach den Ansprüchen 39, 20 und 1, für den dosierten Transport von feinem Pulver zu Dosierbehältern. Bei einem beispielhaften Verfahren werden solche feinen Pulver transportiert, indem die feinen Pulver zunächst mit einem vibrierenden Element bewegt werden und dann wenigstens ein Teil des feinen Pulvers aufgenommen wird. Das aufgenommene feine Pulver wird dann in einen Behälter überführt, wobei das feine Pulver ausreichend dekomprimiert wird, so dass es bei der Entfernung aus dem Behälter dispergiert werden kann. Üblicherweise umfasst das feine Pulver ein Medikament, wobei die einzelnen Partikel eine mittlere Größe aufweisen, die weniger als ungefähr 100 μm beträgt, im Allgemeinen weniger als ungefähr 10 μm und noch häufiger im Bereich von ungefähr 1 μm bis 5 μm.
Das feine Pulver wird vorzugsweise in einem Fülltrichter mit einer Öffnung am unteren Ende platziert. Das Element wird zum Vibrieren gebracht, um das feine Pulver zu bewegen. Die Vibration des feinen Pulvers in der Nähe der Öffnung trägt zu der Überführung eines Teils des feinen Pulvers durch die Öffnung bei, wo es in einer Kammer aufgenommen werden kann. Die Vibration des Elements trägt auch dazu bei, das Pulver innerhalb der Dosierkammer zu deagglomerieren, so dass die Dosierkammer gleichmäßiger gefüllt werden kann.
Das Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, wird vorzugsweise in einer Auf- und Abbewegung, d. h. in einer bezüglich des Pulvers im Fülltrichter vertikalen Bewegung zum Vibrieren gebracht. Bei einer Ausführung wird ein Ultraschallhorn verwendet, um das Element vertikal vibrieren zu lassen. Alternativ kann das Element einen Stab umfassen, der innerhalb des Pulvers vor und zurück, d. h. lateral vibriert. Bei einer weiteren Alternative wird das Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, in einer Orbitalbewegung zum Vibrieren gebracht. Bei einer Ausführung ist der Stab betriebsmäßig mit einem piezoelektrischen Motor verbunden, der den Stab zum Vibrieren bringt. Vorzugsweise wird das Element vertikal mit einer Frequenz im Bereich von ungefähr 1 000 Hz bis ungefähr 180 000 Hz, und stärker bevorzugt von ungefähr 10 000 Hz bis ungefähr 40 000 Hz und am stärksten bevorzugt von ungefähr 15 000 Hz bis ungefähr 25 000 Hz zum Vibrieren gebracht. Der Stab wird vorzugsweise lateral mit einer Frequenz im Bereich von ungefähr 50 Hz bis ungefähr 50 000 Hz, und stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 50 Hz bis ungefähr 5 000 Hz und am stärksten bevorzugt im Bereich von ungefähr 50 Hz bis ungefähr 1 000 Hz zum Vibrieren gebracht.
Bei einer anderen Ausführung weist das Element ein distales Ende auf, welches nahe der Öffnung platziert ist. Darüber hinaus umfasst das distale Ende ein Endelement, welches über der Kammer zum Vibrieren gebracht wird, um zu der Überführung des feinen Pulvers von dem Fülltrichter zu der Kammer beizutragen. Das Endelement erstreckt sich vorzugsweise von dem Element lateral auswärts. Bei einer Ausführung umfasst das Endelement einen Zylinder, wenn das Element vertikal zum Vibrieren gebracht wird. Bei einer anderen Ausführung umfasst das Endelement ein Querelement, wenn der Stab lateral zum Vibrieren gebracht wird. Vorzugsweise ist das Endelement mit vertikalem Abstand zu der Kammer in einer Entfernung im Bereich von ungefähr 0,01 mm bis ungefähr 10 mm, und stärker bevorzugt von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 3,0 mm angeordnet. Eine solche Entfernung trägt dazu bei, dass das Pulver bei der Überführung zur Kammer dekomprimiert bleibt.
Das Element wird über die Öffnung hinweg bewegt, während man es vibrieren lässt. Beispielsweise kann das Element mit einer Geschwindigkeit entlang der Öffnung geschoben werden, die vorzugsweise weniger als 100 cm/s beträgt. Jedoch hängt die spezielle Schiebegeschwindigkeit typischerweise von der Vibrationsfrequenz des Elements ab. Auf diese Weise bewegt sich das Element über die Kammer, wobei man es gleichzeitig vibrieren lässt.
Die Bewegung des Elements entlang der Öffnung ist besonders vorteilhaft, wenn zahlreiche Kammern mit der Öffnung ausgerichtet sind. Auf diese Weise wird das Element verwendet, um zu der Überführung des feinen Pulvers in jede der Kammern beizutragen. Optional kann man eine Vielzahl von Elementen oder Stäben in dem Fülltrichter in der Nachbarschaft der Öffnungen vibrieren lassen. Vorzugsweise sind die Stäbe miteinander ausgerichtet und werden entlang der Öffnung geschoben, wobei sie vibrieren, obgleich in einigen Fällen einige der Stäbe oder Elemente über jeder Kammer stationär bleiben können.
Um zur Aufnahme des feinen Pulvers in die Kammer beizutragen, wird vorzugsweise Luft durch den Kammerboden gesaugt, um das feine Pulver in die Kammer zu saugen. Nach der Aufnahme des feinen Pulvers wird das Pulver vorzugsweise zu einem Behälter überführt. Die Überführung des feinen Pulvers erfolgt vorzugsweise durch Einführen eines komprimierten Gases in die Kammer, um das aufgenommene Pulver in den Behälter auszustoßen.
Bei einer weiteren Ausführung des Verfahrens wird das Pulver in dem Fülltrichter periodisch nivelliert. Beispielsweise kann das Pulver nivelliert werden, indem ein hervorstehendes Element über dem distalen Ende des Elements, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, platziert wird. Auf diese Weise vibriert das hervorstehende Element zusammen mit dem Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann. Wird das Element entlang des Fülltrichters geschoben, neigt das hervorstehende Element dazu, das Pulver in dem Fülltrichter zu nivellieren. Bei einer Ausführung erfolgt die Überführung des Pulvers in einer feuchtigkeitskontrollierten Umgebung.
Bei noch einer weiteren Ausführung wird das in der Kammer aufgenommene Pulver zu einer Dosiereinheit angepasst. Dies kann erfolgen, indem eine dünne Platte (oder Schabeblatt) zwischen dem Fülltrichter und der Kammer platziert wird. Die Platte weist eine Öffnung auf, um die Überführung des Pulvers von dem Fülltrichter in die Kammer zu ermöglichen. Die Kammer wird dann bezüglich der Platte bewegt, wobei die Platte überschüssiges Pulver von der Kammer schabt. Alternativ kann eine Schabeklinge verwendet werden, um überschüssiges Pulver von der Kammer zu schaben, wenn die Kammer gedreht wird.
Bei einer besonderen Ausführung wird das Pulver von einem sekundären Fülltrichter in den Fülltrichter überführt. Vorzugsweise lässt man den sekundären Fülltrichter vibrieren, um das Pulver auf eine Rutsche zu überführen, über die es in den primären Fülltrichter gelangt. Bei noch einer weiteren Ausführung wird die Kammer periodisch entfernt und durch eine Kammer unterschiedlicher Größe ersetzt, um das Volumen der Kammer anzupassen. Auf diese Weise können durch die Erfindung unterschiedliche Dosiereinheiten produziert werden.
Die Erfindung sieht darüber hinaus eine beispielhafte Vorrichtung für den Transport eines feinen Pulvers vor. Die Vorrichtung umfasst einen Fülltrichter zum Halten des feinen Pulvers. Die Vorrichtung umfasst darüber hinaus wenigstens eine Kammer, die beweglich ist, um der Kammer zu ermöglichen, nahe einer Öffnung in dem Fülltrichter platziert zu werden. Ein Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, ist ebenfalls vorgesehen, wobei es ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist, wobei das Element in einem Fülltrichter platziert ist, so dass sich das distale Ende nahe der Öffnung befindet. Ein Vibrator ist vorgesehen, um das Element zum Vibrieren zu bringen, wenn es sich in dem feinen Pulver befindet. Auf diese Weise kann das Element zum Vibrieren gebracht werden, um das feine Pulver zu bewegen, um zu seiner Überführung von dem Fülltrichter zu der Kammer beizutragen. Vorzugsweise umfasst der Vibrator ein Ultraschallhorn, welches das Element in einer Auf- und Abbewegung oder in einer vertikalen Bewegung vibrieren lässt. Alternativ kann ein piezoelektrischer Motor verwendet sein, um das Element lateral vibrieren zu lassen.
Die Vorrichtung umfasst darüber hinaus einen Mechanismus zum Verschieben des Elements, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, über die Kammer, wenn das Element zum Vibrieren gebracht wird. Ein solcher Mechanismus ist besonders vorteilhaft, wenn eine Vielzahl von Kammern an einem drehbaren Element vorgesehen ist, welches gedreht wird, um die Kammern mit der Öffnung auszurichten. Der Schiebemechanismus wird dann verwendet, um das Element über das drehbare Element zu schieben, so dass das vibrierende Element über jede Kammer gelangt, um zur Füllung jeder Kammer mit Pulver beizutragen. Der Schiebemechanismus umfasst vorzugsweise einen linearen Antriebsmechanismus, welcher den Stab mit einer Geschwindigkeit entlang der Öffnung schiebt, die weniger als ungefähr 100 cm/s beträgt.
Bei einer weiteren Ausführung ist der Vibrator dafür ausgelegt, das Element in einer Auf- und Abbewegung mit einer Frequenz im Bereich von ungefähr 1 000 Hz bis ungefähr 180 000 Hz, und stärker bevorzugt von ungefähr 10 000 Hz bis ungefähr 40 000 Hz und am stärksten bevorzugt von ungefähr 15 000 Hz bis ungefähr 25 000 Hz zum Vibrieren. Zum Auf und Ab Vibrieren umfasst das Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, vorzugsweise einen zylindrischen Schaft mit einem Durchmesser im Bereich von ungefähr 1,0 mm bis ungefähr 10 mm. Zum lateralen Vibrieren umfasst das Element vorzugsweise einen Stab oder Draht mit einem Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,01 Zoll bis ungefähr 0,04 Zoll.
Ein Endelement ist vorzugsweise betriebsmäßig an dem distalen Ende des Elements, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, befestigt, um zum Bewegen des feinen Pulvers beizutragen. Das Endelement ist vorzugsweise in vertikalem Abstand zu der Kammer in einer Entfernung im Bereich von ungefähr 0,01 mm bis ungefähr 10 mm, und stärker bevorzugt von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 3,0 mm angeordnet. Bei einer Ausführung ist die Vorrichtung mit einer Vielzahl von Elementen, welche zum Vibrieren gebracht werden können, versehen, so dass man zahlreiche Elemente in dem feinen Pulver zum Vibrieren bringen kann.
Bei einer weiteren Ausführung ist die Kammer innerhalb eines drehbaren Elements angeordnet, welches in einer ersten Position platziert ist, wobei die Kammer mit der Öffnung in dem Fülltrichter ausgerichtet ist, und in einer zweiten Position platziert ist, wobei die Kammer mit einem Behälter ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann die Kammer mit Pulver gefüllt werden, wenn sie in der ersten Position ist. Das drehbare Element wird dann in die zweite Position gedreht, um zu ermöglichen, dass das Pulver aus der Kammer und in den Behälter ausgestoßen wird. Die Kammer umfasst vorzugsweise eine Öffnung, welche in Verbindung mit einer Vakuumquelle steht, um zum Saugen des feinen Pulvers aus dem Fülltrichter und in die Kammer beizutragen. Ein Filter ist vorzugsweise über der Öffnung angeordnet, um zur Aufnahme des Pulvers beizutragen. Eine Quelle komprimierten Gases steht vorzugsweise ebenfalls in Verbindung mit der Öffnung, um das aufgenommene Pulver aus der Kammer und in den Behälter auszustoßen. Es kann ein Steuerelement zur Steuerung der Betätigung der Gasquelle, der Vakuumquelle und des Betriebs des Vibrators vorgesehen sein.
Die Vorrichtung kann auch einen Mechanismus zum Anpassen der Menge des in der Kammer aufgenommenen Pulvers aufgrund der Kammergröße umfassen. Auf diese Weise ist die aufgenommene Menge eine Dosiereinheitsmenge. Ein solcher Anpassungsmechanismus kann einen Rand zum Entfernen des über die Kammer hinaus stehenden feinen Pulvers umfassen. Bei einer Ausführungsform umfasst der Anpassungsmechanismus eine dünne Platte mit einer Öffnung, die während des Füllens mit der Platte ausgerichtet werden kann. Wird das drehbare Element gedreht, so schabt der Rand der Öffnung das überschüssige Pulver von der Kammer.
Bei einer besonderen Ausführung umfasst das Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, ein hervorstehendes Element, welches in Abstand zu dem distalen Ende angeordnet ist. Das hervorstehende Element dient zur Nivellierung des Pulvers innerhalb des Fülltrichters, wenn das Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, entlang des Fülltrichters geschoben wird.
Bei einer weiteren Ausführung ist ein sekundärer Fülltrichter vorgesehen, um das Pulver zu lagern bis es dem primären Fülltrichter zugeführt wird. Ein Schüttelmechanismus ist vorgesehen, um den sekundären Fülltrichter vibrieren zu lassen, wenn Pulver zu dem primären Fülltrichter überführt werden soll. Vorzugsweise bewegt sich das Pulver eine Rutsche hinunter, so dass das Pulver überführt werden kann, ohne das Verschieben des Elements, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, entlang des primären Fülltrichters zu stören.
Bei einer weiteren Ausführung ist die Kammer in einem Wechselwerkzeug angeordnet. Auf diese Weise kann die Größe der Kammer durch einfaches Anbringen eines Wechselwerkzeugs mit einer Kammer anderer Größe an dem drehbaren Element variiert werden.
Die Erfindung sieht darüber hinaus ein beispielhaftes System zum Transportieren feinen Pulvers vor. Dieses System umfasst eine Vielzahl drehbarer Elemente, wobei jedes eine Reihe von Kammern umfasst. Ein Fülltrichter ist über jedem drehbaren Element angeordnet und umfasst eine Öffnung, um die Überführung von Pulver in die Kammern zu ermöglichen. Ein Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, ist in jedem Fülltrichter angeordnet, und Vibratoren sind vorgesehen, um die Elemente in einer Auf- und Abbewegung vibrieren zu lassen. Ein Schiebemechanismus ist darüber hinaus vorgesehen, um die Elemente, welche zum Vibrieren gebracht werden können, entlang der Fülltrichter zu schieben, um die Überführung des Pulvers von den Fülltrichtern in die Kammern zu unterstützen. Passenderweise kann ein Steuerelement vorgesehen sein, um den Betrieb der drehbaren Elemente, der Vibratoren und des Schiebemechanismus zu steuern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine seitliche Querschnittsdarstellung einer beispielhaften Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Transportieren von feinen Pulvern.
2 ist eine Endansicht der Vorrichtung aus 1.
3 ist eine detaillierte Ansicht einer Kammer der Vorrichtung aus 1, welche einen vibrierenden Stab zeigt, der erfindungsgemäß über die Kammer geschoben wird.
4 ist eine perspektivische, linke Vorderansicht eines beispielhaften Systems zum erfindungsgemäßen Transportieren von Pulver.
5 ist eine perspektivische, rechte Vorderansicht des Systems aus 4.
6 ist eine Querschnittsansicht des Systems aus 4.
7 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Transportieren feiner Pulver.
8 ist eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Transportieren feiner Pulver.
9 ist eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Transportieren feiner Pulver.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Transportieren feiner Pulver.
11 ist eine Querschnittsansicht der Vorrichtung aus 10 entlang der Linien 11-11.
12 ist eine Querschnittsansicht der Vorrichtung aus 10 entlang der Linien 12-12.
13 ist eine Explosionsdarstellung eines drehbaren Elements der Vorrichtung aus 10.
14A ist eine schematische Ansicht eines Schabemechanismus zum Abschaben überschüssigen Pulvers von einer Kammer eines drehbaren Elements.
14B ist eine Endansicht des Schabemechanismus aus 14A, über dem drehbaren Element angebracht.
14C ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen Mechanismus zum erfindungsgemäßen Abschaben überschüssigen Pulvers von einer Kammer eines drehbaren Elements.
15 ist eine perspektivische Ansicht eines besonders bevorzugten Systems zum erfindungsgemäßen Transportieren von Pulvern.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung sieht Verfahren, Systeme und Vorrichtungen für den dosierten Transport von feinen Pulvern in Behälter vor. Die feinen Pulver sind sehr fein, weisen im Allgemeinen eine mittlere Größe in einem Bereich von weniger als ungefähr 20 μm, im Allgemeinen weniger als ungefähr 10 μm und noch häufiger von ungefähr 1 μm bis 5 μm auf, obgleich die Erfindung in einigen Fällen auch bei größeren Partikeln, d. h. von bis zu 50 μm oder mehr, nützlich sein kann. Das feine Pulver kann verschiedene Bestandteile aufweisen und umfasst vorzugsweise ein Medikament, wie beispielsweise Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Puffersalze, Peptide, andere kleine Biomoleküle u. ä. Die Behälter, die für die Aufnahme des feinen Pulvers vorgesehen sind, umfassen vorzugsweise Dosierbehälter. Die Behälter werden verwendet, um die Dosiereinheit des Medikaments zu lagern bis es für die pulmonale Verabreichung benötigt wird. Um das Medikament aus den Behältern zu extrahieren, kann eine Inhalationsvorrichtung, wie die in den US-Patenten Nr. 5,785,049 und 5,740,794 beschriebenen verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Verfahren sind jedoch auch bei der Zubereitung von Pulvern zur Verwendung mit anderen Inhalationsvorrichtungen, die auf der Dispersion von feinem Pulver beruhen, nützlich.
Jeder der Behälter ist vorzugsweise mit einer präzisen Menge feinen Pulvers gefüllt, um zu garantieren, dass ein Patient die korrekte Dosis erhält. Beim Dosieren und Transportieren der feinen Pulver werden die Pulver vorsichtig gehandhabt und nicht komprimiert, so dass die zu den Behältern gelieferte Dosiermenge ausreichend dispergierbar ist, um bei der Verwendung in existierenden Inhalationsvorrichtungen von Nutzen zu sein. Die erfindungsgemäß zubreiteten Pulver sind bei „Niedrigenergie"-Inhalationsvorrichtungen, die auf manuellem Betrieb oder nur auf Inhalation, um das Pulver zu dispergieren, beruhen besonders nützlich, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Bei solchen Inhalationsvorrichtungen ist das Pulver vorzugsweise zu wenigstens 20% (Massenanteil) dispergierbar oder in ein Luftstromsystem extrahierbar, stärker bevorzugt zu wenigstens 60% dispergierbar und am stärksten bevorzugt zu wenigstens 90% dispergierbar, wie in dem zuvor als Referenz genannten US-Patent Nr. 5,785,049 definiert. Da die Kosten der Herstellung von Medikamenten in Form feiner Pulver im Allgemeinen eher hoch sind, wird das Medikament vorzugsweise mit minimalem Verlust in die Behälter dosiert und transportiert. Vorzugsweise werden die Behälter rasch mit der Dosiermenge gefüllt, so dass eine große Anzahl von Behältern mit dem dosierten Medikament wirtschaftlich hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß werden die feinen Partikel in einer Dosierkammer aufgenommen (welche vorzugsweise so bemessen ist, dass ein Dosiereinheitsvolumen definiert wird). Ein bevorzugtes Aufnahmeverfahren besteht darin, Luft durch die Kammer zu saugen, so dass der Luftwiderstand, wie in dem US-Patent Nr. 5,775, 320 beschrieben, auf die kleinen Agglomerate oder die einzelnen Partikel wirkt.
Auf diese Weise füllen die fluidisierten feinen Pulver die Kammer ohne wesentliche Komprimierung und ohne wesentliche Bildung von Hohlräumen. Ein derartiges Aufnehmen ermöglicht auch eine akkurate und wiederholte Dosierung des feinen Pulvers ohne die Dispergierbarkeit des feinen Pulvers unnötig zu verringern. Der Luftstrom durch die Kammer kann variiert werden, um die Dichte des aufgenommenen Pulvers zu steuern.
Nach der Dosierung des feinen Pulvers wird das feine Pulver in einer Dosiereinheitsmenge in einen Behälter ausgestoßen, wobei das ausgestoßene feine Pulver ausreichend dispergierbar ist, so dass es in dem von einer Inhalations- oder Dispersionsvorrichtung erzeugten turbulenten Luftstrom mitgeführt oder vernebelt werden kann. Ein solcher Ausstoßprozess ist in dem US-Patent Nr. 5,775,320 beschrieben.
Das Bewegen der feinen Pulver erfolgt vorzugsweise durch Vibrieren lassen eines Elements, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, in dem feinen Pulver gerade über der Aufnahmekammer. Vorzugsweise wird das Element in einer Auf- und Abbewegung, d. h. in vertikaler Bewegung, zum Vibrieren gebracht. Alternativ kann das Element lateral zum Vibrieren gebracht werden. Eine Vielzahl von Mechanismen kann zur Anwendung kommen, um die Elemente vibrieren zu lassen, einschließlich eines Ultraschallhorns, eines piezoelektrischen Biegemotors, eines Motors, der einen Nocken- oder Kurbelschaft dreht, einer elektrischen Zylinderspule u. ä. Alternativ kann eine Drahtschlinge in dem feinen Pulver gedreht werden, um das Pulver zu fluidisieren. Obgleich das Bewegen vorzugsweise durch Vibrieren des Elements, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, in dem feinen Pulver erfolgt, kann es in einigen Fällen wünschenswert sein, das Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, gerade über dem Pulver vibrieren zu lassen, um das Pulver zu fluidisieren.
Mit Bezug zu den 1 und 2 wird eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum Dosieren und Transportieren von Dosierungseinheiten eines feinen Pulvermedikaments beschrieben. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Trog oder Fülltrichter 12 mit einem oberen Ende 14 und einem unteren Ende 16. An dem unteren Ende 16 ist eine Öffnung 18. In dem Fülltrichter 12 ist ein Bett aus feinem Pulver 20 gehalten. Unter dem Fülltrichter 12 ist ein drehbares Element 22 mit einer Vielzahl von Kammern 24 an seiner Peripherie positioniert. Das drehbare Element 22 kann gedreht werden, um die Kammern 24 mit der Öffnung 18 auszurichten, damit Pulver 20 von dem Fülltrichter 12 in die Kammern 24 überführt werden kann.
Über dem Fülltrichter 12 ist der piezoelektrische Biegemotor 26 mit einem daran befestigten Stab 28 positioniert. Der piezoelektrische Motor 26 ist über dem Fülltrichter 12 positioniert, so dass ein distales Ende 29 des Stabs 28 in dem feinen Pulverbett 20 platziert ist, während es in Abstand zu dem drehbaren Element 22 angeordnet ist. Das untere Ende 16 des Fülltrichters 12 ist gerade über dem drehbaren Element 22 positioniert, so dass in dem Fülltrichter 12 gehaltenes Pulver nicht zwischen dem unteren Ende 16 und dem drehbaren Element 22 heraus läuft. Am distalen Ende 29 des Stabs 28 befindet sich eine Querelement 30, welches im Allgemeinen senkrecht zu dem Stab 28 steht. Das Querelement 30 ist vorzugsweise wenigstens so lang wie die oberen Durchmesser der Kammern 24, um das Bewegen des feinen Pulvers in die Kammern zu unterstützen, wie nachfolgend genauer beschrieben.
Wie in 1 am besten dargestellt ist, wird der Stab 28 durch die Betätigung des piezoelektrischen Biegemotors 26 zum Vor- und Zurückvibrieren gebracht, wie durch die Pfeile 32 gezeigt. Wie weiterhin durch Pfeil 34 gezeigt, ist der piezoelektrische Biegemotor 26 entlang der Länge des drehbaren Elements 22 verschiebbar, um dem Querelement 30 zu ermöglichen, über jeder der Kammern 24 zum Vibrieren gebracht zu werden.
Mit Bezug zu 3 wird nun die Überführung von Pulver von dem Fülltrichter 12 (siehe 1) zu der Kammer 24 genauer beschrieben. In der Kammer 24 sind ein oberer Filter 36 und ein Unterstützungsfilter 38 angeordnet. Der obere Filter 36 ist in einem drehbaren Element 22 derart angeordnet, dass er sich bezüglich der Decke der Kammer 24 in einem bekannten Abstand befindet. Eine Leitung 40 steht in Verbindung mit der Kammer 24, um während des Füllens einen Sog in der Kammer 24 zu ermöglichen und beim Ausstoßen des Pulvers aus der Kammer 24 komprimiertes Gas zu liefern, in ähnlicher Weise wie in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/638,515 beschrieben.
Wenn alles für den Füllvorgang bereit ist, wird in der Leitung 40 ein Vakuum erzeugt, um Luft durch die Kammer 24 zu saugen. Darüber hinaus wird der Stab 28, sobald er über der Kammer 24 positioniert ist, zum Vibrieren gebracht, um zum Bewegen des Pulverbetts 20 beizutragen, wie durch die Pfeile 32 gezeigt. Ein solches Verfahren trägt zu der Überführung des Pulvers von dem Bett 20 in die Kammer 24 bei. Während der Stab 28 vibriert, wird er über die Kammer 24 geschoben, wie durch den Pfeil 34 gezeigt. Auf diese Weise erfolgt das Bewegen des Pulverbetts 20 im Wesentlichen über der ganzen Öffnung der Kammer 24. Darüber hinaus bewegt das Verschieben des Stabs 28 den Stab 28 auch über andere Kammern, so dass diese in gleicher Weise gefüllt werden können.
Wie von den Pfeilen 42 gezeigt, ist der Stab 28 vorzugsweise in einem vertikalem Abstand im Bereich von ungefähr 0,01 mm bis ungefähr 10 mm, und stärker bevorzugt von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,5 mm zu dem drehbaren Element 22 angeordnet. Ein solcher vertikaler Abstand ist bevorzugt, um sicherzustellen, dass das Pulver unmittelbar über dem Hohlraum fluidisiert wird und in die Kammer 24 gesogen werden kann. Mit Bezug zu den 4–6 wird eine beispielhafte Ausführungsform eines Pulverüberführungs- und Dosierungssystems 44 beschrieben. Das System 44 ist nach den zuvor in Verbindung mit der Vorrichtung 10 der 1–3 erläuterten Grundsätzen gebildet. Das System 44 umfasst eine Basis 46 und einen Rahmen 48, um ein drehbares Element 50 drehbar zu halten. Das drehbare Element 50 umfasst eine Vielzahl von Kammern 52 (siehe 6).
Das drehbare Element 50, einschließlich der Kammern 52, ist vorzugsweise mit Vakuum- und Kompressionsleitungen versehen, ähnlich wie in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/638,515 beschrieben.
Kurz gesagt wird ein Vakuum erzeugt, um Pulver in die Kammern 52 zu saugen. Nach dem Füllen der Kammern 52 wird das drehbare Element 50 gedreht bis die Kammern 52 nach unten zeigen. Zu diesem Zeitpunkt wird komprimiertes Gas durch die Kammern 52 gedrückt, um das aufgenommene Pulver in die Behälter, wie beispielsweise die häufig verwendeten Blisterpackungen auszustoßen.
Über dem drehbaren Element 50 ist ein Fülltrichter 54 mit einer länglichen Öffnung 56 (siehe 6) angeordnet. Am Rahmen 48 ist eine Vielzahl von piezoelektrischen Biegemotoren 58 betriebsmäßig angebracht. An jedem der piezoelektrischen Biegemotoren 58 ist eine Stange 60 befestigt. Ein beispielhafter piezoelektrischer Biegemotor ist im Handel bei Piezo Systems, Inc., Cambridge, Massachusetts erhältlich. Solche Biegemotoren umfassen zwei Schichten einer piezoelektrischen Keramik, jeweils mit einer äußeren Elektrode. Ein elektrisches Feld ist über die zwei äußeren Elektroden angewendet, um eine Schicht zum Expandieren zu bringen, während sich die andere zusammenzieht.
Der Stab 60 umfasst vorzugsweise einen Edelstahl-Drahtstab mit einem Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,02 mm (0,005 Zoll) bis ungefähr 0,40 mm (0,10 Zoll) und stärker bevorzugt von ungefähr 0,08 mm (0,02 Zoll) bis ungefähr 0,16 mm (0,04 Zoll).
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass andere Materialien und Geometrien bei der Konstruktion des Stabs 60 zur Anwendung kommen können. Beispielsweise kann eine Reihe fester Materialien einschließlich anderer Metalle und Legierungen, eines Stahl-Musikdrahtes, einer Karbonfaser, Kunststoff u. ä. verwendet werden. Die Form des Stabs 60 kann darüber hinaus auch nicht-kreisförmig und/oder ungleichmäßig im Querschnitt sein, wobei ein wichtiges Merkmal die Fähigkeit ist, das Pulver nahe des distalen Endes des Stabs zu bewegen, um das Pulver zu fluidisieren. Ein orthogonales Querelement 62, (siehe 6) ist vorzugsweise an dem distalen Ende des Stabs 60 befestigt. Ein oder mehrere Querelemente können optional über dem distalen Querelement positioniert sein, um dazu beizutragen, dass in dem Pulverbett während der Operation entstandene Vertiefungen zusammenfallen. Bei der Betätigung werden die Stäbe 60 vorzugsweise mit einer Frequenz im Bereich von ungefähr 5 Hz bis ungefähr 50 000 Hz und stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 50 Hz bis ungefähr 5 000 Hz und am stärksten bevorzugt im Bereich von ungefähr 50 Hz bis ungefähr 1 000 Hz zum Vibrieren gebracht.
Piezoelektrische Biegemotoren 58 sind an Schiebemechanismen 64 befestigt, welche Stäbe 60 entlang von Fülltrichtern 54 schieben. Beim Verschieben weist das Querelement 62 vorzugsweise einen vertikalen Abstand über den Kammern 52 im Bereich von ungefähr 0,01 mm bis ungefähr 10 mm und stärker bevorzugt von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,5 mm auf. Der Schiebemechanismus 64 umfasst eine Drehantriebsrolle 66, welche einen Riemen 68 dreht, der seinerseits an einer Plattform 70 befestigt ist. Piezoelektrische Biegemotoren 58 sind an der Plattform 70 befestigt, welche über eine Schaft 72 geschoben wird, wenn die Rolle 66 betätigt wird. Auf diese Weise werden die Stäbe 60 in dem Fülltrichter 54 vor und zurück geschoben, so dass die Stäbe 60 über jeder der Kammern 52 zum Vibrieren gebracht werden. Der Schiebemechanismus 64 wird verwendet, um den Stab 60 während des Füllens der Kammern 52 so oft wie gewünscht über die Kammern 52 zu bewegen. Vorzugsweise wird der Stab 60 mit einer Geschwindigkeit geschoben, die weniger als 200 cm/s beträgt und noch stärker bevorzugt weniger als ungefähr 100 cm/s. Der Stab 60 wird vorzugsweise wenigstens einmal über jede Kammer bewegt, wobei zwei Vorüberbewegungen bevorzugt sind.
Während des Betriebs wird der Fülltrichter 54 mit feinem Pulver gefüllt, welches in die Kammern 52 überführt werden soll. Dann wird durch jede der Kammern 52 ein Vakuum gezogen, während sie mit der Öffnung 56 ausgerichtet sind. Gleichzeitig werden piezoelektrische Biegemotoren 58 betätigt, um die Stäbe 60 zum Vibrieren zu bringen. Der Schiebemechanismus 64 wird betätigt, um die Stäbe 60 in dem Fülltrichter 54 vor und zurück zu bewegen. Während die Stäbe 60 vibrieren. Die Vibration der Stäbe 60 bewegt das feine Pulver und trägt zu seiner Überführung zu den Kammern 52 bei. Wenn die Kammern 52 ausreichend gefüllt sind, wird das drehbare Element 50 um 180° gedreht, um die Kammern 52 in eine Abwärtsposition zu bringen. Wenn das drehbare Element 50 gedreht wird, schabt eine Klinge an der Unterkante des Fülltrichters 54 überschüssiges Pulver ab, um sicherzustellen, dass jede Kammer nur eine Dosiereinheitsmenge des feinen Pulvers enthält.
In der Abwärtsposition wird ein komprimiertes Gas durch jede der Kammern 52 gepresst, um das feine Pulver in die Behälter (nicht gezeigt) auszustoßen. Auf diese Weise steht ein angemessenes Verfahren zur Verfügung, um feines Pulver in dosierter Menge aus einem Fülltrichter in Behälter zu überführen.
Mit Bezug zu 7 wird eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung 74 zum Überführen von abgemessenen Dosen feinen Pulvers beschrieben. Die Vorrichtung 74 umfasst ein Gehäuse 76 und ein betriebsmäßig an dem Gehäuse 76 befestigtes Piezosubstrat 78. Das Piezosubstrat 78 umfasst eine Vielzahl von Löchern 80 (oder ein Sieb). Über dem Substrat 78 ist ein Fülltrichter 82 mit einem Bett aus feinem Pulver 84 angeordnet. An dem Substrat 78 ist ein Paar elektrischer Drähte 86 zur Betätigung des Piezosubstrats 78 befestigt. Wird den Drähten 86 alternierend elektrischer Strom zugeführt, so bewirkt dies, dass sich das Substrat 78 ausdehnt und zusammenzieht, um einen Vibrationsmodus zu erzeugen, wie durch Pfeil 88 gezeigt. Entsprechend werden die Löcher 80 zum Vibrieren gebracht, um zur Bewegung des Pulverbetts 84 beizutragen, um dem Pulver wirksamer zu ermöglichen, durch die Löcher 80 und in die Kammer zu fallen. Ein drehbares Element mit Kammern, welche wie bei zuvor beschriebenen Ausführungsformen in Verbindung mit einer Vakuumquelle und einer Druckquelle stehen, können in Verbindung mit der Vorrichtung 74 ebenfalls verwendet werden, um zur Aufnahme des feinen Pulvers und zum Ausstoßen des aufgenommenen Pulvers in Behälter beizutragen.
Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zum Überführen von abgemessenen Dosen feinen Pulvers ist in 8 dargestellt. Die Vorrichtung 100 funktioniert ähnlich wie die Vorrichtung 10, wie zuvor beschrieben, nur dass der piezoelektrische Biegemotor durch einen Motor 102 mit einer Kurbel 104 ersetzt ist, welche einen Verbindungsschaft 106 antreibt. Wenn der Schaft 106 hin und her bewegt wird, wird ein Stab 108 in einem mit Pulver 112 gefüllten Fülltrichter 110 zum Vibrieren gebracht. Das bewegte Pulver wird dann in ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben in einer Kammer 114 aufgenommen. Darüber hinaus wird der Stab 108 während der Vibration in ähnlicher Weise wie bei anderen Ausführungsformen beschrieben über die Kammer 114 geschoben.
Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 120 zum Überführen von abgemessenen Dosen feinen Pulvers ist in 9 dargestellt. Die Vorrichtung 120 umfasst einen Motor 122, welcher eine Drahtschlinge 124 dreht. Wie gezeigt, ist die Drahtschlinge 124 in einem Bett feinen Pulvers 126 genau über der Kammer 128 angeordnet. Auf diese Weise wird das Pulver, wenn die Drahtschlinge 124 gedreht wird, fluidisiert und in einer ähnlichen Weise wie bei vorhergehenden Ausführungsformen in die Kammer 128 gesaugt. Darüber hinaus wird die Schlinge 124 in ähnlicher Weise wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben während ihrer Drehung über die Kammer 128 geschoben.
Mit Bezug zu 10 wird eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 200 zum Transportieren feiner Pulver beschrieben. Die Vorrichtung 200 funktioniert in ähnlicher Weise wie die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, indem Pulver aus einem Fülltrichter in Dosierkammern eines drehbaren Elements überführt wird. Aus dem drehbaren Element wird das Pulver in Behälter in Dosiereinheitsmengen ausgestoßen.
Die Vorrichtung 200 umfasst einen Rahmen 202, der ein drehbares Element 204 derart hält, dass das drehbare Element 204 durch einen an dem Rahmen 202 gehaltenen Motor (nicht gezeigt) gedreht werden kann. Der Rahmen 202 hält darüber hinaus einen Trog oder primären Fülltrichter 206 über dem drehbaren Element 204. Über dem Fülltrichter 206 ist ein Vibrator 208 positioniert. Wie in den 11 und 12 gezeigt, ist ein Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, an den Vibrator 208 gekoppelt. Der Vibrator 208 ist mittels einer Klemme 214 an einen Arm 212 gekoppelt. Der Arm 212 ist wiederum an eine Überführungsstufe 216 gekoppelt. Ein Schraubenmotor 217 wird verwendet, um die Stufe 216 bezüglich des Rahmens 202 vor und zurück zu bewegen. Auf diese Weise wird das Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, in dem Fülltrichter 206 vor und zurück geschoben.
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 200, nun auch mit Bezug zu den 11 und 12, einen sekundären Fülltrichter 218, welcher über dem primären Fülltrichter 206 angeordnet ist. Vorteilhafterweise umfasst der Fülltrichter 218 Flügel 219, die ermöglichen, dass er entfernbar an den Rahmen 202 gekoppelt ist, indem die Flügel 219 in Schlitze 220 gesteckt werden. Der Fülltrichter 218 umfasst ein Gehäuse 222 und einen röhrenförmigen Abschnitt 224 zum Speichern des Pulvers. Eine Rutsche 226 verläuft von dem Gehäuse 222 in den Fülltrichter 206, wenn der Fülltrichter 218 an dem Rahmen 202 befestigt ist. Der röhrenförmige Abschnitt 224 umfasst eine Öffnung 228, um dem Pulver zu ermöglichen, aus dem röhrenförmigen Abschnitt 224 und die Rutsche 226 hinunter zu fließen. Ein Sieb 230 ist über der Öffnung 228 angeordnet, um das Fließen von Pulver über die Rutsche 226 allgemein zu verhindern, bis das Gehäuse 222 geschüttelt oder zum Vibrieren gebracht wird.
Vorteilhafterweise wird ein Riegel 232 verwendet, um den sekundären Fülltrichter 218 an dem Rahmen 202 zu sichern. Um den sekundären Fülltrichter zu entfernen, wird der Riegel 232 von dem Fülltrichter 218 gelöst, und der Fülltrichter 218 wird aus den Schlitzen 220 gehoben. Auf diese Weise kann der Fülltrichter 218 vorteilhaft zum Wiederauffüllen, Reinigen, Ersetzen o. ä. entfernt werden.
Um Pulver von dem Fülltrichter 218 zu überführen, wird ein Arm 234 in Kontakt mit dem Gehäuse 222 platziert, und dieser wird geschüttelt oder zum Vibrieren gebracht, um das Gehäuse 222 zum Vibrieren zu bringen. Ein Motor (nicht gezeigt) wird verwendet, um den Arm 234 zu schütteln oder vibrieren zu lassen. Wie in 12 gezeigt, kann das Gehäuse 222 optional eine interne Öffnung 236 umfassen, welche einen Block 238 aufweist. Wenn das Gehäuse 222 geschüttelt wird, vibriert der Block 238 in der Öffnung 236. Wenn der Block 238 an den Wänden des Gehäuses 222 angreift, sendet er Stoßwellen durch das Gehäuse 222, um zu der Überführung des Pulvers von dem röhrenförmigen Abschnitt 224 durch die Öffnung 228 und durch das Sieb 230 beizutragen. Das Pulver gleitet dann die Rutsche 226 hinunter bis es in den Fülltrichter 206 fällt. Die Verwendung der Rutsche 226 ist auch insofern vorteilhaft als dies ermöglicht, dass der röhrenförmige Abschnitt 224 seitlich von dem Vibrator 208 versetzt ist, so dass er die Bewegung des Vibrators 208 nicht stört. Wenn der Block 238 in der Öffnung 236 angeordnet ist, hat das den besonderen Vorteil, dass jegliche Partikel, die erzeugt werden, wenn der Block 238 zum Vibrieren gebracht wird, in der Öffnung 236 gehalten werden und das Pulver nicht kontaminieren.
Der Vibrator 208 ist konfiguriert, um das Element 210 in einer Auf- und Abbewegung oder vertikalen Bewegung vibrieren zu lassen. Der Vibrator 208 umfasst vorzugsweise ein beliebiges, im Handel erhältliches Ultraschallhorn, wie beispielsweise ein Branson TWI Ultraschallhorn. Das Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, wird vorzugsweise mit einer Frequenz von ungefähr 1 000 Hz bis ungefähr 180 000 Hz, und stärker bevorzugt von ungefähr 10 000 Hz bis ungefähr 40 000 Hz und am stärksten bevorzugt von ungefähr 15 000 Hz bis ungefähr 25 000 Hz zum Vibrieren gebracht.
Wie am besten in 12 gezeigt ist, umfasst das Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, ein Endelement 240, welches angemessen geformt ist, um die Bewegung des feinen Pulvers während der Vibration des Elements 210 zu optimieren. Wie gezeigt, weist das Endelement 240 einen Außenumfang auf, welcher größer ist als derjenige des Elements 210. Das Element 210 ist vorzugsweise von zylindrischer Geometrie und weist vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 10 mm auf. Wie gezeigt, ist das Endelement 240 ebenfalls zylindrisch und weist vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 1,0 mm bis ungefähr 10 mm auf. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, und das Endelement 240 so konstruiert sein können, dass sie eine Vielzahl von Formen und Größen aufweisen. Beispielsweise kann das Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, verjüngt sein. Das Endelement 240 kann ebenfalls ein verringertes Profil aufweisen, um die seitliche Bewegung des Pulvers zu minimieren, wenn der Vibrator 208 durch den Fülltrichter 206 geschoben wird. Vorzugsweise befindet sich das Endelement 240 mit vertikalem Abstand über dem drehbaren Element 204 in einer Entfernung im Bereich von ungefähr 0,01 mm bis ungefähr 10,0 mm und stärker bevorzugt von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 3,0 mm.
Der Vibrator 208 wird verwendet, um die Überführung von Pulver in die Dosierkammern 242 des drehbaren Elements 204 in ähnlicher Weise zu unterstützen, wie bei vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben. Genauer gesagt wird der Motor 217 verwendet, um die Stufe 216 derart zu verschieben, dass das Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, entlang des Fülltrichters 206 seitlich vor und zurück geschoben wird. Gleichzeitig lässt man das Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, in einer Auf- und Abbewegung vibrieren, d. h. radial zu dem drehbaren Element 204, wenn sich dieses über jede der Dosierkammern 242 bewegt. Vorzugsweise wird der Vibrator 208 mit einer Geschwindigkeit, die weniger als 500 cm pro Sekunde und stärker bevorzugt weniger als 100 cm pro Sekunde beträgt, seitlich entlang des Fülltrichters 206 geschoben.
Wenn das Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, in dem Fülltrichter 206 seitlich bewegt wird, kann das Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, dazu tendieren, einen Teil des Pulvers in Richtung des Endes des Fülltrichters 206 zu drücken oder mitzuziehen. Eine solche Bewegung des Pulvers wird dadurch abgeschwächt, dass an dem Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, gerade über einer durchschnittlichen Pulverhöhe in dem Fülltrichter eine strahlenförmig wegführende Fläche oder ein hervorstehendes Element 244 vorgesehen ist. Auf diese Weise wird angesammeltes Pulver, das höher steht als die durchschnittliche Pulverhöhe, bevorzugt in Bewegung versetzt und in Bereiche des Fülltrichters bewegt, in denen die Pulverhöhe geringer ist. Vorzugsweise ist das hervorstehende Element 244 in einem Abstand zu dem Endelement 240 angeordnet, vorzugsweise in einer Entfernung im Bereich von ungefähr 2 mm bis ungefähr 25 mm, und stärker bevorzugt von ungefähr 5 mm bis ungefähr 10 mm. Als Alternative können unterschiedliche Glättungsmechanismen, wie beispielsweise Harken, an dem Vibrator 208 befestigt sein (oder getrennt gliederbar sein) so dass sie über die obere Seite des Pulvers ziehen, um dazu beizutragen, das Pulver zu nivellieren, wenn der Vibrator 208 entlang des Fülltrichters geschoben wird. Als weitere Alternative kann ein längliches Vibrationselement, wie beispielsweise ein Sieb, in dem Pulverbett angeordnet sein, um zum Nivellieren des Pulvers beizutragen.
Wie in den 11 und 12 gezeigt, ist das drehbare Element 204 in einer Füllposition, in der die Dosierkammern 242 mit dem Fülltrichter 206 ausgerichtet sind. Wie bei den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen wird das drehbare Element 204 nach dem Füllen der Dosierkammern 242 um 180° gedreht, so dass das Pulver aus den Dosierkammern 242 in Behälter ausgestoßen wird. Eine Klöckner Verpackungsmaschine wird vorzugsweise verwendet, um der Vorrichtung 200 eine Behälterbahn zuzuführen.
Mit Bezug zu 13 wird nun die Konstruktion des drehbaren Elements 204 genauer beschrieben. Das drehbare Element 204 umfasst eine Trommel 246 mit einem vorderen Ende 248 und einem hinteren Ende 250. Lager 252 und 254 sind über den Enden 248 und 250 einführbar, um der Trommel 246 zu ermöglichen, sich zu drehen, wenn sie an dem Rahmen 202 befestigt ist. Das drehbare Element 204 umfasst darüber hinaus eine Manschette 256, einen hinteren Schleifring 258 und einen vorderen Schleifring 259, welche mit luftdichten Verschlüssen angefügt sind. In der Manschette 256 sind Lufteinlässe 260 und 261 vorgesehen. Der Lufteinlass 260 steht in Fluidverbindung mit einem Paar 242a Dosierkammern 242, während der Einlass 261 in Fluidverbindung mit einem Paar 242b Dosierkammern 242 steht. Auf diese Weise können Druckluft oder ein Vakuum in jedem der beiden Paare von Kammern 242a oder 242b erzeugt werden.
Genauer gesagt gelangt Luft von dem Einlass 260 durch den Schleifring 258 durch ein Loch 264 in einer Dichtung 270 und in ein Loch 256 in einem Saugrohr 262. Die Luft gelangt dann durch das Saugrohr 262 und verlässt das Saugrohr 262 durch ein Paar Löcher 265a und 265b. Die Löcher 265c und 265d in der Dichtung 270 leiten die Luft dann in die Kammern 242a. In ähnlicher Weise gelangt Luft von dem Einlass 261 durch den Schleifring 259 durch ein Loch 266 in die Dichtung 270 und in ein Loch (nicht gezeigt) in dem Saugrohr 262. Die Luft wird durch verschiedene Löcher in dem Saugrohr 262 und der Dichtung 270 in ähnlicher Weise wie zuvor bei dem Einlass 260 beschrieben geleitet bis sie durch die Kammern 242b strömt. In dieser Weise sind zwei getrennte Luftkreisläufe vorgesehen.
Es wird darauf hingewiesen, dass alternativ einer der Lufteinlässe wegfallen könnte, so dass ein Vakuum oder unter Druck stehendes Gas gleichzeitig allen Dosierkammern 242 zugeführt werden kann.
Über dem Saugrohr 262 ist darüber hinaus ein Wechselwerkzeug 274 angeordnet. Die Dosierkammern 242 sind in dem Wechselwerkzeug 274 gebildet, und Filter 276 sind zwischen dem Wechselwerkzeug 274 und der Luftstütze 272 angeordnet, um ein unteres Ende des Dosierkammern 242 zu bilden. Luft kann in die Kammern 242 gesaugt werden, indem ein Vakuum an den Lufteinlässen 260 oder 261 angebracht wird. In ähnlicher Weise kann ein komprimiertes Gas durch die Dosierkammern 242 gedrückt werden, indem eine Quelle komprimierten Gases an die Lufteinlässe 260 oder 261 gekoppelt wird. Wie bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen, wird an die Dosierkammern 242 ein Vakuum angelegt, um dafür zu sorgen, dass das Pulver in die Dosierkammern 242 gesaugt wird. Nachdem die Trommel 246 um 180° gedreht worden ist, wird ein komprimiertes Gas durch die Dosierkammern 242 geleitet, um das Pulver aus den Dosierkammern 242 auszustoßen.
Die Trommel 246 umfasst eine Öffnung 278, in die ein Saugrohr 262, eine Dichtung 260, eine Luftstütze 272 und ein Wechselwerkzeug 274 eingeführt werden. Ein Nocken 280 ist ebenfalls vorgesehen und ist in die Öffnung 278 einführbar. Der Nocken 280 wird innerhalb der Öffnung 278 gedreht, um die verschiedenen Komponenten in der Trommel 246 zu sichern. Nach Lösung ist es möglich, das Wechselwerkzeug 274 von der Öffnung 278 wegzuführen. Auf diese Weise kann das Wechselwerkzeug 274 leicht durch ein anderes Wechselwerkzeug mit Dosierkammern einer anderen Größe ersetzt werden. So kann die Vorrichtung 200 mit einem großen Sortiment von Wechselwerkzeugen versehen werden, was einem Nutzer ermöglicht, die Größe der Dosierkammern einfach durch Einführen eines neuen Wechselwerkzeugs 274 zu wechseln.
Die Vorrichtung 200 umfasst darüber hinaus einen Mechanismus zum Wegschaben von überschüssigem Pulver von den Dosierkammern 242. Ein solcher Schabemechanismus 282 ist in den 14A und 14B gezeigt und wird auch als Schabeblatt bezeichnet. Zum Zwecke der besseren Darstellung wurde der Schabemechanismus 282 in den 10-12 weggelassen. In den 14A und 14B ist das drehbare Element 204 schematisch dargestellt. Der Schabemechanismus 282 umfasst eine dünne Platte 284 mit Öffnungen 286, welche mit den Dosierkammern 242 ausgerichtet sind, wenn sich das drehbare Element 204 in der Füllposition befindet. Die Öffnungen 286 weisen vorzugsweise einen Durchmesser auf, der geringfügig größer ist als derjenige der Dosierkammern 242. Auf diese Weise stören die Öffnungen 286 das Füllen der Dosierkammern 242 nicht. Die Platte 284 ist vorzugsweise aus Blech gebildet und hat einen Durchmesser von ungefähr 0,01 mm (0,003 Zoll). Die Platte 284 ist gegen das drehbare Element 204 gefedert, so dass es im Allgemeinen mit dem Außenumfang bündig ist. Auf diese Weise ist die Platte 284 im Allgemeinen gegen das drehbare Element 204 abgedichtet, um zu verhindern, dass überschüssiges Pulver zwischen der Platte 284 und dem drehbaren Element 204 hinaus fließt. Die Platte 284 ist an dem Rahmen 202 befestigt und bleibt stationär, während sich das drehbare Element 204 dreht. Nachdem das Pulver in die Dosierkammern 242 überführt worden ist, wird das drehbare Element 204 so zu der Dispensierposition gedreht. Während der Drehung schaben die Ränder der Öffnung 286 überschüssiges Pulver von den Dosierkammern 242 ab, so dass nur eine Dosiereinheitsmenge in den Dosierkammern 242 verbleibt. Die Anordnung des Schabemechanismus 282 ist vorteilhaft, da er die Anzahl beweglicher Teile verringert und dadurch den Aufbau statischer Elektrizität reduziert. Darüber hinaus verbleibt das entfernte Pulver in dem Fülltrichter 206, wo es nach deren Leerung für eine Überführung in die Dosierkammern 242 verfügbar ist.
In 14C ist ein alternativer Mechanismus zum Abkratzen oder Abschaben von überschüssigem Pulver von den Dosierkammern 242 dargestellt. Der Mechanismus umfasst ein Paar Schabeklingen 290 und 292, welche an den Fülltrichter 206 gekoppelt sind., wobei darauf hingewiesen wird, dass möglicherweise nur eine Klinge erforderlich ist, abhängig von der Drehrichtung des Drehelements 204. Die Klingen 290 und 292 sind vorzugsweise aus einem dünnen Blattmaterial gebildet, beispielsweise aus 0,02 mm (0,005 Zoll) dickem Blech, und sind leicht gegen das drehbare Element 204 gefedert. Die Ränder der Klingen 290 und 292 fallen ungefähr mit den Rändern der Öffnung in dem Fülltrichter 206 zusammen. Nachdem die Dosierkammern 242 gefüllt worden sind, wird das drehbare Element gedreht, wobei die Klingen 290 oder 292 (je nach Drehrichtung) überschüssiges Pulver von den Dosierkammern abkratzen.
Mit Bezug zu den 10–12 wird nun der Betrieb der Vorrichtung 200 beim Füllen der Behälter mit Dosiereinheiten feinen Pulvers beschrieben. Zunächst wird das Pulver in den röhrenförmigen Abschnitt 224 des sekundären Fülltrichters 218 platziert. Vorzugsweise kann der Fülltrichter 218 während des Füllens von dem Rahmen 202 entfernt werden. Das Gehäuse 222 wird dann über einen Zeitraum geschüttelt oder zum Vibrieren gebracht, der ausreichen ist, um die gewünschte Menge an Pulver durch die Öffnung 228, durch das Sieb 230 und die Rutsche 226 hinunter zu bewegen, von wo es in den primären Fülltrichter 206 fällt. Das drehbare Element 204 ist in der Füllposition platziert, in der die Dosierkammern 242 mit dem Fülltrichter 206 ausgerichtet sind. Dann wird ein Vakuum an den Lufteinlässen 260 und 261 (siehe 13) angewendet, um Luft durch die Dosierkammern 242 zu saugen. Unter dem Einfluss der Schwerkraft und mit Hilfe des Vakuums fällt das Pulver in die Dosierkammern 242 und füllt die Dosierkammern 242 allgemein.
Im Anschluss wird der Vibrator 208 betätigt, um das Element 210 vibrieren zu lassen. Gleichzeitig wird der Motor 217 betrieben, um das Element 210, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, in der Kammer 206 vor und zurück zu bewegen. Wenn das Element 210 zum Vibrieren gebracht wird, erzeugt das Endelement 240 einen Luftstrom unten im Fülltrichter 206, um das Pulver zu bewegen. Wenn sich das Endelement 240 über jede Dosierkammer 242 bewegt, wird eine Aerosolwolke erzeugt, die durch Unterdruck und Schwerkraft in die Dosierkammer 242 gesaugt wird. Wenn sich das Endelement über die Dosierkammern 242 bewegt, strahlt Ultraschallenergie in die Dosierkammern 242, um das bereits in den Dosierkammern 242 befindliche Pulver zu bewegen. Dies ermöglicht einen Fluss innerhalb des Hohlraums, um Ungleichmäßigkeiten in der Dichte, die während des zuvor erfolgten Abfüllens bestanden haben, auszugleichen. Ein solches Merkmal ist besonders vorteilhaft, weil Agglomerate oder Pulverklumpen, welche Hohlräume in den Dosierkammern erzeugen können, abgebaut werden können, um die Dosierkammer gleichmäßiger zu füllen.
Nachdem sich das drehbare Element 204 einmal oder mehrmals über jede der Dosierkammern 242 bewegt hat, wird es um 180° in eine Dispensierposition gedreht, in der die Dosierkammern 242 mit Behältern (nicht gezeigt) ausgerichtet sind. Wenn sich das drehbare Element 204 dreht, wird, wie zuvor beschrieben, überschüssiges Pulver von den Dosierkammern 242 geschabt. In der Dispensierposition wird ein komprimiertes Gas durch die Lufteinlässe 260 und 261 zugeführt, um Dosiereinheiten des Pulvers aus den Dosierkammern 242 in die Behälter auszustoßen.
Die Erfindung sieht auch einen Weg vor, Füllgewichte anzupassen, indem die Ultraschallkraft, die dem Vibrator 210 zugeführt wird, wenn sich dieser über die Dosierkammern 242 bewegt, angepasst wird. Auf diese Weise kann das Gewicht der verschiedenen Dosierkammern angepasst werden, um Abweichungen des Pulvergewichts zu kompensieren, die periodisch auftreten können. Wenn beispielsweise die vierte Dosierkammer stetig eine Dosiermenge mit zu geringem Gewicht produziert, könnte die dem Vibrator 208 zugeführte Kraft jedes Mal, wenn er sich an der vierten Dosierkammer vorüberbewegt, leicht erhöht werden. In Verbindung mit einem automatischen (oder manuellen) Wiegesystem und einem Steuerelement könnte eine solche Anordnung verwendet werden, um ein automatisches oder manuelles Geschlossen-Kreislauf Gewichtssteuerungssystem zu bilden, um das Leistungsniveau des Vibrators für jede der Dosierkammern anzupassen, um akkuratere Füllgewichte zu erreichen.
Mit Bezug zu 15 wird eine beispielhafte Ausführungsform eines Systems 300 zum Dosieren und Transportieren eines feinen Pulvers beschrieben. Das System 300 funktioniert in ähnlicher Weise wie die Vorrichtung 200, umfasst jedoch zahlreiche Vibratoren und zahlreiche Fülltrichter zum gleichzeitigen Füllen einer Vielzahl von Behältern mit Dosiereinheiten feinen Pulvers. Das System 300 umfasst einen Rahmen 302, an den eine Vielzahl drehbarer Elemente 304 drehbar gekoppelt ist. Die drehbaren Elemente 304 können ähnlich wie das drehbare Element 204 gebildet sein und eine Vielzahl von Dosierkammern (nicht gezeigt) zur Aufnahme von Pulver aufweisen. Die Anzahl der drehbaren Elemente und Dosierkammern kann gemäß der speziellen Anwendung variiert werden. Über jedem drehbaren Element 304 ist ein primärer Fülltrichter 306 angeordnet, welcher das Pulver über jedem drehbaren Element 304 hält. Ein Vibrator 308 ist über jedem Fülltrichter 306 angeordnet und umfasst ein Element 310, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, um das Pulver in dem Fülltrichter 306 in ähnlicher Weise zu bewegen wie in Verbindung mit der Vorrichtung 200 beschrieben. Obwohl zur besseren Darstellung nicht gezeigt, kann ein sekundärer Fülltrichter, welcher dem sekundären Fülltrichter 218 der Vorrichtung 200 ähnelt, über jedem der primären Fülltrichter 306 angeordnet sein, um Pulver in die Fülltrichter 306 in einer ähnlichen Weise zu überführen wie in Verbindung mit der Vorrichtung 200 beschrieben.
Ein Motor 312 (zur besseren Darstellung ist nur einer gezeigt) ist an jedes der drehbaren Elemente 304 gekoppelt, um die drehbaren Elemente 304 ähnlich wie bei Vorrichtung 200 zwischen einer Füllposition und einer Dispensierposition zu drehen.
Jeder Vibrator 308 ist mittels einer Klemme 316 an einen Arm 314 gekoppelt. Die Arme 314 sind wiederum an eine normale Stufe 318 gekoppelt, welche Rutschen 319 umfasst, die über Schienen 321 mittels einer Schraube 320 eines Schraubenmotors 322 verschiebbar sind. Auf diese Weise können die Elemente 310, welche zum Vibrieren gebracht werden können, in den Fülltrichtern 306 durch Betätigung des Schraubenmotors 322 vor und zurück bewegt werden. Alternativ könnte jeder der Vibratoren an einen separaten Motor gekoppelt sein, so dass jeder Vibrator unabhängig von den anderen geschoben werden kann.
Der Rahmen 302 ist an eine Basis 324 gekoppelt, welche eine Vielzahl von länglichen Furchen 326 umfasst. Die Furchen 326 sind dafür ausgelegt, untere Enden einer Vielzahl von Behältern 328 aufzunehmen, welche in einer Bahn 330 angeordnet sind. Die Bahn 330 wird vorzugsweise von einem Blisterhersteller wie einer im Handel erhältlichen Uhlmann Verpackungsmaschine, Modell Nr. 1040, geliefert. Die drehbaren Elemente 304 umfassen vorzugsweise eine Anzahl von Dosierkammern, die der Anzahl von Behältern in jeder Reihe der Bahnen 330 entspricht. Auf diese Weise können vier Reihen von Behältern während jedes Betriebszyklus gefüllt werden. Sobald vier der Reihen gefüllt sind, werden die Dosierkammern erneut gefüllt und die Bahn 330 wird vorwärts bewegt, um vier neue Reihen von Behältern mit den Fülltrichtern 306 auszurichten.
Ein besonderer Vorteil des Systems 300 besteht darin, dass es voll automatisch betrieben werden kann. Beispielsweise kann ein Steuerelement an die Verpackungsmaschine sowie die Vakuum- und Druckgasquellen, Motoren 312, den Motor 322 und Vibratoren 308 gekoppelt sein. Durch die Verwendung eines solchen Steuerelements kann die Bahn 330 automatisch in die geeignete Position bewegt werden, woraufhin die Motoren 312 betätigt werden, um die Dosierkammern mit den Fülltrichtern 306 auszurichten. Eine Vakuumquelle wird dann betätigt, um ein Vakuum auf die Dosierkammern anzuwenden, während die Vibratoren 308 betätigt und der Motor 322 verwendet wird, um die Vibratoren 308 zu verschieben. Sobald die Dosierkammern gefüllt sind, kommt das Steuerelement zur Anwendung, um die Motoren 312 zu betätigen, welche die drehbaren Elemente 304 drehen bis sie mit den Behältern 328 ausgerichtet sind. Das Steuerelement sendet dann ein Signal, um Druckgas durch die Dosierkammern zu senden, um das dosierte Pulver in die Behälter 328 auszustoßen. Sobald diese gefüllt sind, sorgt das Steuerelement dafür, dass die Verpackungsmaschine die Bahn 330 vorwärts bewegt und der Zyklus wiederholt wird. Bei Bedarf kann das Steuerelement verwendet werden, um die Motoren (nicht gezeigt) zu betätigen, um die sekundären Fülltrichter zum Vibrieren zu bringen, um, wie zuvor beschrieben, Pulver in die primären Fülltrichter 306 zu überführen.
Obgleich die Vorrichtung hier mit Vibratoren gezeigt ist, welche Ultraschallhörner umfassen, wird darauf hingewiesen, dass andere Typen von Vibratoren und Elementen, welche zum Vibrieren gebracht werden können, verwendet werden können, einschließlich der zuvor beschriebenen. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl von Vibratoren und die Größe der Tröge gemäß den speziellen Erfordernissen variiert werden kann.
Obgleich die vorstehende Erfindung zur Erläuterung und als Beispiel und zum besseren Verständnis detailliert beschrieben worden ist, ist offensichtlich, dass im Rahmen der beiliegenden Ansprüche bestimmte Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können.

Claims

Verfahren für den Transport von feinem Pulver (20), umfassend: das Platzieren des feinen Pulvers (20) in einem Fülltrichter (12) mit einer daran befindlichen Öffnung (18); das Vibrieren eines Elements (28), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, inmitten des feinen Pulvers (20) in der Nachbarschaft der Öffnung (18); das Bewegen des Elements (28) über die Öffnung (18) hinweg, während das Element (28) zum Vibrieren gebracht wird; und das Aufnehmen von wenigstens einem Teil des aus der Öffnung (18) austretenden feinen Pulvers (20) in einer Kammer (24), in der das aufgenommene Pulver (20) ausreichend dekomprimiert wird, so dass es bei der Entfernung aus der Kammer (24) dispergiert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Element (28), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, in dem Fülltrichter (12) bezüglich des Pulvers (20) in einer Auf- und Abbewegung zum Vibrieren gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Element (28, 210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, an ein Ultraschallhorn gekoppelt ist, und wobei der Schritt des Vibrierens das Betätigen des Ultraschallhorns umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Element (28, 210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, mit einer Frequenz im Bereich von ungefähr 1 000 Hz bis ungefähr 180 000 Hz zum Vibrieren gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Element (28), welches zum vibrieren gebracht werden kann, ein distales Ende (29) aufweist, welches nahe der Öffnung (18) platziert ist, und wobei das distale Ende (29) ein daran befestigtes Endelement (240) aufweist, welches über der Kammer (24) zum Vibrieren gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Endelement (240) in vertikalem Abstand von der Kammer (24) in einer Entfernung im Bereich von ungefähr 0,01 mm bis ungefähr 10 mm angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, welches darüber hinaus das Schieben des Elements (28, 210) entlang der Öffnung (18) mit einer Geschwindigkeit von weniger als ungefähr 100 cm/s umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches darüber hinaus das periodische Ebnen des Pulvers (20) innerhalb des Fülltrichters (12) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Ebnens die Platzierung eines hervorstehenden Elements (30, 244) an dem Element (28, 210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, an einer Stelle umfasst, die sich in einem Abstand von dem distalen Ende (29) des Elements (28, 210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zahlreiche Kammern (24, 52) mit der Öffnung (18, 56) ausgerichtet sind, und welches darüber hinaus das Bewegen des Elements (28, 60), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, entlang der Öffnung (18, 56) umfasst, damit sich dieses über jede Kammer (24, 52) bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das feine Pulver (20) ein Medikament umfasst, welches einzelne Partikeln umfasst, die eine mittlere Größe im Bereich von ungefähr 1 μm bis 100 μm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Aufnahmeschritt darüber hinaus das Ansaugen von Luft durch die unter der Öffnung (18, 56) positionierte Kammer (24, 52) umfasst, wobei die angesaugte Luft dazu beiträgt, das feine Pulver (20) in die Kammer (24, 52) zu saugen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches darüber hinaus das Überführen des aufgenommenen Pulvers (20) von der Kammer (24, 52) zu einem Aufnahmebehälter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Überführungsschritt das Einführen eines komprimierten Gases in die Kammer (24, 52) umfasst, um das aufgenommene Pulver (20) in den Aufnahmebehälter auszustoßen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches darüber hinaus das Anpassen der Menge des aufgenommenen Pulvers (20) zu einer Dosiereinheitsmenge umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Anpassungsschritt das Vorsehen einer dünnen Platte (284) unter dem Fülltrichter (12) umfasst, wobei die Platte (284) eine Öffnung (286) aufweist, die mit der Kammer (24, 242) in Ausrichtung steht, und darüber hinaus das Bewegen der Kammer (24, 242) bezüglich der Platte (284) umfasst, um überschüssiges Pulver (20) von der Kammer (24, 242) zu schaben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Fülltrichter (12) ein primärer Fülltrichter (206, 306) ist, und wobei der Platzierungsschritt das Überführen des Pulvers (20) von einem sekundären Fülltrichter (218) zu dem primären Fülltrichter (206, 306) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, welches darüber hinaus das Vibrierenlassen des sekundären Fülltrichters (218) umfasst, um das Pulver (20) zu dem primären Fülltrichter (206, 306) zu überführen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches darüber hinaus das Dispensieren des Pulvers (20) aus der Kammer (242) sowie das Verändern der Größe der Kammer (242) umfasst.
Vorrichtung (200) zum Transportieren eines feinen Pulvers (20), umfassend: einen Fülltrichter (12) mit einer daran befindlichen Öffnung (18), wobei der Fülltrichter (12) dafür angepasst ist, das feine Pulver (20) aufzunehmen; wenigstens eine Kammer (242), die beweglich ist, um zu ermöglichen, dass die Kammer (242) in nächster Nachbarschaft der Öffnung (18) platziert wird; ein Element (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, umfassend ein proximales Ende und ein distales Ende (29), wobei das Element (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, innerhalb des Fülltrichters (12) derart positionierbar ist, dass sich das distale Ende (29) nahe der Öffnung (18) befindet; ein Vibrationsmotor (208), um das Element (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, zum Vibrieren zu bringen, wenn es sich in dem feinen Pulver (20) befindet; und einen Mechanismus (216, 217), um das Element (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, über die Kammer (242) zu verschieben.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 20, welche darüber hinaus ein drehbares Element (204) mit einer Vielzahl von Kammern (242) an seiner Peripherie aufweist, die mit der Öffnung (18, 56) ausgerichtet werden können, und wobei der Translationsmechanismus (216, 217) konfiguriert ist, um das Element (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, entlang der Öffnung (18, 56) zu verschieben, so dass sich das Element (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, über jede Kammer (242) bewegt.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 20, wobei der Schiebemechanismus (216, 217) einen Linearantriebsmechanismus umfasst, welcher das Element (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, an der Öffnung mit einer Geschwindigkeit von weniger als ungefähr 100 cm/s beträgt, entlang schiebt.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 20, wobei der Vibrationsmotor (208) das Element (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, mit einer Frequenz im Bereich von ungefähr 1 000 Hz bis ungefähr 180 000 Hz vibrieren lässt.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 20, wobei der Vibrator ein Ultraschallhorn umfasst, welches das Element bezüglich des Pulvers (20) in einer Auf- und Abbewegung vibrieren lässt.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 24, wobei das Element (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, von zylindrischer Form ist und einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 1,0 mm bis ungefähr 10 mm aufweist.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 25, welche darüber hinaus ein Endelement (240) am distalen Ende (29) des Elements (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, aufweist.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 26, wobei sich das Endelement (240) radial von dem Element (210), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, erstreckt.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 26, welche darüber hinaus ein Pulverebnungselement (244) umfasst, das in Abstand zu dem Endelement (240) angeordnet ist.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 20, wobei die Kammer (242) innerhalb eines drehbaren Elements (304) angeordnet ist, welches in einer ersten Position platziert ist, in der die Kammer (242) mit der Öffnung ausgerichtet ist, und in einer zweiten Position, in der die Kammer mit einem Aufnahmebehälter (328) ausgerichtet ist.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 20, welche darüber hinaus eine Öffnung am Boden der Kammer (242) und eine Vakuumquelle in Verbindung mit der Öffnung umfasst, um dazu beizutragen, das feine Pulver (20) aus dem Fülltrichter (306) und in die Kammer (242) zu saugen.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 30, welche darüber hinaus einen über der Öffnung angeordneten Filter (276) aufweist.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 30, welche darüber hinaus eine Quelle für komprimiertes Gas in Verbindung mit der Öffnung aufweist, um das aufgenommene Pulver (20) aus der Kammer (242) in den Aufnahmebehälter (328) auszustoßen.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 32, welche darüber hinaus ein Steuerelement zur Steuerung der Betätigung der Gasquelle und der Vakuumquelle umfasst.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 29, welche darüber hinaus eine Vielzahl von Fülltrichtern umfasst, welche über einer Vielzahl von drehbaren Elementen angeordnet sind, welche jeweils eine Vielzahl von Kammern (242) umfassen, und welche darüber hinaus eine Vielzahl von Elementen und eine Vielzahl von Vibratoren umfasst, um die Elemente vibrieren zu lassen.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 20, welche darüber hinaus eine unter dem Fülltrichter angeordnete Platte aufweist, wobei die Platte eine Öffnung umfasst, die mit der Kammer (242) ausgerichtet ist, und wobei die Kammer (242) bezüglich der Platte beweglich ist, damit überschüssiges Pulver (20) von der Kammer (242) geschabt werden kann.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 20, wobei der Fülltrichter ein primärer Fülltrichter (206) ist, und welche darüber hinaus einen sekundären Fülltrichter (218) aufweist, der über dem primären Fülltrichter (206) angeordnet ist, um Pulver (20) zu dem primären Fülltrichter (206) zu überführen.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 36, welche darüber hinaus einen Schüttelmechanismus umfasst, um den sekundären Fülltrichter (218) zum Vibrieren zu bringen.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 29, wobei die Kammer in einem Wechselwerkzeug (274) angeordnet ist, und wobei das Wechselwerkzeug (274) entfernbar an das drehbare Element (304) gekoppelt ist.
System (300) zum Transportieren eines feinen Pulvers (20), umfassend: eine Vielzahl drehbarer Elemente, wobei jedes eine Reihe von Kammern (242) an seiner Peripherie aufweist; einen über jedem drehbaren Element (304) angeordneten Fülltrichter (306), wobei jeder Fülltrichter (306) eine Öffnung umfasst; ein Element (310), welches zum Vibrieren gebracht werden kann, und welches innerhalb jedes Fülltrichters positionierbar ist, wobei jedes Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, ein distales Ende (29) nahe der Öffnung aufweist; einen an jedes Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, gekoppelten Vibrator (308), um die Elemente in einer Auf- und Abbewegung vibrieren zu lassen; und einen Mechanismus (322), um jedes Element, welches zum Vibrieren gebracht werden kann, entlang jedes Fülltrichters zu verschieben, während die Elemente vibrieren.
Ein System (300) nach Anspruch 39, welches darüber hinaus ein Steuerelement umfasst, um die Drehung der Elemente (310), welche zum Vibrieren gebracht werden können, die Vibratoren (308) und den Schiebemechanismus (322) zu steuern.