Verfahren, Vorrichtung und System zur Hochprazisions-Dosierung und / oder Mischung von Flüssigkeiten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Hochpräzisions-Flüssigkeitsdosierung und / oder Mischung unter Verwendung des Elektrospray-Effekts, insbesondere für Flüssigkeiten, die einen Geschmacksstoff und / oder Duftstoff und / oder Wirkstoff und / oder pharmazeutisches Mittel und / oder biologisches Mittel umfassen.
Verfahren zur Dosierung von Flüssigkeiten unter Verwendung des Elektrospray- Effekts sind beispielsweise aus der DE 19847421 A1 , US 20020003177 A1, UK 14337686 A und JP 03-329935 bekannt. Die aus diesen Schriften bekannten
Verfahren und Vorrichtungen nutzen den Elektrospray-Effekt aus, um eine Flüssigkeit tröpfchenweise zu dosieren, wobei der Betrag der Dosierung jeweils über spezielle Elektrodenanordnungen und / oder Variation der Spannung des Elektrostatischen Feldes erfolgt, so dass eine vorbestimmte Anzahl von vorbestimmten Tröpfchen aus einem Reservoir in ein Gefäß dosiert wird.
Für viele Anwendungen ist es erwünschenswert, eine hochpräzise Dosierung von Flüssigkeiten bereitzustellen, die die Präzision der Abgabe in Tröpfchen der bekannten Verfahren und Vorrichtungen übertrifft.
Aus der großen EP 1209602 A2 ist ein computergesteuertes Herstellungsverfahren unter Ausnutzung einer kommunikativen Verbindung wenigstens zweier Computer bekannt, wobei der erste Computer dem zweiten Computer Anweisungen zur Herstellung eines vorbestimmten Stoffes übermittelt und die Anweisungen ein Geschäftsgeheimnis umfassen kann. Unter Verwendung der Anweisungen des ersten Computers steuert der zweiten Computer eine Vorrichtung zur Herstellung des vorbestimmten Stoffes.
Für dieses genannte Herstellungsverfahren, das ein Geschäftsgeheimnis umfassen kann, und insbesondere zur Dosierung und / oder Mischung wenigstens einer Flüssigkeit, die einen Wirkstoff und / oder Geschmacksstoff und / oder Duftstoff und / oder pharmazeutisches Mittel und / oder biologisches Mittel umfassen kann, wobei die Mischung ein Geschäftsgeheimnis umfassen kann, ist es wünschenswert, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur hochpräzisen Dosierung und / oder Mischung einer Flüssigkeit anzugeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Hochpräzisions-Flüssigkeitsdosierung und / oder Mischung unter
Verwendung des Elektrospray-Effekts anzugeben, das die bekannten Verfahren und Vorrichtungen an Genauigkeit übertrifft und geeignet ist, für ein Herstellungsverfahren zur Mischung und / oder Dosierung wenigstens einer Flüssigkeit, wobei die Dosierung und / oder M ischung ein Geschäftsgeheimnis umfassen kann.
Die Aufgaben werden mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und / oder der nachfolgenden Beschreibung erwähnt, die von schematischen Zeichnungen begleitet ist. Hierzu zeigt:
Fig. 1 eine schematis,che Darstellung der Sc ritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 3a und b eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems.
Grundgedanken der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und / oder eine Vorrichtung zur Hochpräzisions-Flüssigkeits osierung und / oder Mischung anzugeben, die jeweils elektrische Mittel zur Bereitstellung eines elektrostatischen Feldes unter Verwendung des Elektrospray-Effekts umfassen, so dass eine Flüssigkeit dosiert wird, und die ausserdem Mittel zur Gewichtsbestimmung
umfassen, wobei die Mittel zur Gewichtsbestiimmung verwendet werden, um den Betrag der dosierten Flüssigkeit mit hoher Präzisio zu steuern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst hierzu eine Steuereinheit unter Verwendung eines Signals der Gewichtsbestimmungsmittel.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung umfassen dabei vorteilhafter Weise eine Kombination von ersten und zweiten Dosierungsmitteln, wobei das erste Dosierungsmittel mechanische Mittel zur Volumenreduktion eines Flüssigkeitsreservoirs umfasst und das zweite Dosierungsmittel elektrische Mittel zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes unter Verwendung des Elektrospray-Effekts umfasst, und ausserdem eine Kombination von ersten und zweiten Steuermitteln zur Steuerung des Betrags der dosierten Flüssigkeit, wobei das erste Steuermittei die Volumenbestimmung des Reservoirs umfasst und das zweite Steuermittel die Gewichtsbestimmung der dosierten Flüssigkeit umfasst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst' hierzu eine Steuereinheit zur Steuerung des ersten und zweiten Dosierungsmittels unter Verwendung von Signalen der ersten und zweiten Steuermittel.
Geeigneter Weise können das erste und zweite Steuermittel und / oder das erste und zweite Dosierungsmittel gleichzeitig und / oder alternierend verwendet werden bzw. geschaltet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindu ngsgemäße Vorrichtung sind besonders geeignet für ein erfindungsgemäßes S-ystem zur Hochpräzisions- Flüssigkeitsdosierung und / oder Mischung, das eine Vielzahl von
Fiüssigkeitsreservoiren umfasst, die in einem XY-Matrixtray angeordnet sind, wobei der XY-Matrixtray zwischen dem ersten und zweiten Steuermittel angeordnet ist, und das ausserdem ein XY-Positionssteuerungssystem umfasst, das derart ausgebildet ist, dass ein vorbestimmtes Reservoir (10) zwischen dem ersten und zweiten Steuermittel angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße System sind besonders geeig net zur Dosierung und / oder
Mischung wenigstens einer Flüssigkeit, die einen Wirkstoff und / oder Geschmacksstoff und / oder Duftstoff und / oder pharmazeutisches Mittel und / oder biologisches Mittel umfasst, wobei die Mischung ein Geschäftsgeheimnis umfassen kann, und wobei das Verfahren und / oder die Vorrichtung und / oder das System geeigneter Weise von einem elektronischen Computer gesteuert werden, der mit einem lokalen und / oder globalen Computernetzwerk verbunden sein kann und mit wenigstens einem Computer des Computernetzwerks kommuniziert und / oder von diesem wenigstens teilweise gesteuert wird, wobei über die Ko mmunikation und / oder Steuerung des Computers ein vorbestimmtes Mischungsverhältnis und / oder ein Geschäftsgeheimnis angegeben wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der grundlegenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und des prinzipiellen Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Dosierung einer Flüssigkeit 1 1 , 11 ', 11". Eine Steuereinheit 20 steuert ein erstes Steuermittel CI zur Steuerung des Betrags der dosierten Flüssigkeit 11 , 11*, 11" und ein zweites Steuermittel Cll ebenfalls zur
Steuerung des Betrags der dosierten Flüssigkeit 11 , 11', 11". Die Steuereinheit 20 steuert ausserdem ein erstes DI und zweites DU Dosierungsmittel zur Dosierung der Flüssigkeit 11 , 11', 11", wobei die Steuereinheit 20 erfindungsgemäß ein erstes S1 Signal des ersten CI Steuermitteis und ein zweites S2 Signal des zweiten Cll Steuermittels verwendet.
Erfindungsgemäß umfasst das zweite Dosierungsmittel DU elektrische Mittel zur Bereitstellung eines elektrostatischen Feldes unter Ausnutzung des Elektrospray- Effekts und das zweite Cll Steuermittel Mittel zur Gewichtsbestimmung der dosierten Flüssigkeit 11 , 11', 11", die geeigneter Weise von einer
Hochpräzisionswaage bereitgestellt sind. Geeigneter Weise wird das erste Mittel CI zur Steuerung des Betrags der dosierten Flüssigkeit 11 , 11', 11" von Mitteln zur Volumenbestimmung eines Flüssigkeitsreservoirs bereitgestellt und das erste Dosierungsmittel DI wird geeigneter Weise von mechanischen Mitteln zur Volumenreduktion des Flüssigkeitsreservoirs bereitgestellt.
Erfindungsgemäß kann die Steuereinheit 20 ausserdem derart ausgebildet sein, dass das erste DI und zweite DU Dosierungsmittel und / oder das erste CI und zweite Cll Steuermittel gleichzeitig oder alternierend verwendet werden, wobei über Gewichtsbestimmung und / oder Volumenbestimmung und / oder Volumenreduktion des Reservoirs und / oder Spannung des elektrostatischen Feldes der Betrag der dosierten Flüssigkeit 11, 11', 11 " mit hoher Präzision und Auflösung justierbar ist und gleichzeitig sehr geringe Flüssigkeitsmengen dosierbar sind aber auch ein vielfaches der sehr geringen Flüssigkeitsmengen dosierbar ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer Flüssigkeit 11 , die in einem geeigneten Reservoir 10 bereitgestellt ist, und einem Mittel zur Volumenreduktion DI, das geeigneter Weise von einem in dem
Flüssigkeitsreservoir 10 angeordneten Kolben 12 bereitgestellt wird, der vorteilhaft mit einem Closed-Loop Motor 13 zusammenwirkt, der vorteilhaft das erste Steuermittel CI bereitstellt und von der Steuereinheit 20 gesteuert wird und gleichzeitig erste Signale S1 an die Steuereinheit 20 sendet, wodurch eine Volumenmessung des Flüssigkeitsreservoirs 10 bereitgestellt ist. Das
Flüssigkeitsreservoir 10 umfasst geeigneter Weise einen geeignet ausgebildeten Dosierungskopf 15 und ist über einem Gefäß 16 zur Aufnahme der dosierten Flüssigkeit 11', 11" angeordnet, wobei das Gefäß 16 auf den Mitteln zur Gewichtsbestimmung Cll angeordnet ist, die geeigneter weise eine Hochpräzisionswaage 10 umfasst und für die Steuereinheit 20 entsprechende
Gewichtsmesssignale S2 bereitstellt.
Die erfindungsgemäßen Mittel zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes unter Verwendung des Elektrospray-Effekts DU umfassen geeigneter Weise einen Spannungsgenerator 17, der mit geeigneten Elektroden 18 und 18' derart zusammenwirkt, dass ein geeignetes elektrostatisches Feld erzeugt wird, und eine vorbestimmter Betrag der Flüssigkeit 11 über den Dosierungskopf 15 in das Gefäß
16 abgegeben wird. Der Betrag der erzeugten Spannung des Spannungsgenerators
17 und der damit eingehende Betrag des elektrostatischen Feldes und der damit verbundene Betrag der dosierten Flüssigkeit 11', 11 " wird dabei erfindungsg emäß von der Steuereinheit 20 unter Verwendung der Signale S1 und S2 des ersten CI und zweiten Cll Steuermittels bestimmt, wobei die Flüssigkeit 11', 11" aus dem Dosierungskopf 15 in Form eines Strahles, und / oder kleine Tröpfchen und / oder eines Nebels erfolgen kann. Geeignete Anordnungen der Elektroden 18, 18" sind aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt, und können vielfältig variieren. Beispielsweise und vorteilhaft kann eine negative Elektrode 18 unterhalb des Gefäßes 16 angeordnet sein und eine positive Elektrode 18' mit einem leitenden Dosierungskopf 15 verbunden sein.
Es ist klar, dass in den Zeichnungen nicht dargestellte Mittel zur Abschirmu g der
Elektrode 18 und des elektrostatischen Feldes vor der Hochpräzisionswaage 19 die Genauigkeit der Waage 19 steigern können. Wie eingangs gesagt, kann erfindungsgemäß der Closed-Loop Motor 13 und / oder der Spannungsgenerator 17
und / oder die Präzisionswaage 19 gleichzeitig oder alternierend verwendet werden bzw. geschaltet sein, wodurch erfindungsgemäß die Flüssigkeit 11', 11" in sehr genauen und kleinen Mengen dosiert werden kann aber auch die Dosierung einer Vielzahl der sehr kleinen Mengen möglich ist.
Fig. 3a zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Systems zur hochpräzisen Dosierung und / oder Mischung von Flüssigkeiten und Fig. 3b zeigt eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße System. Das erfindungsgemäße System umfasst geeigneter Weise eine Vielzahl von Reservoiren 10, die geeigneter weise in einem XY-Matrixtray 101 derart angeordnet sind, dass ein ausgewähltes vorbestimmtes Reservoir 10 zwischen dem erfindungsgemäßen ersten uηd zweiten CI und Cll Steuermittel und ausserdem zwischen dem ersten DI und zweiten DU Dosierungsmittel angeordnet ist. Das erfindungsgemäße System umfasst ausserdem ein XY-Positionssteuersystem, wobei der Tray 101 derart manipuliert wird, dass ein ausgewähltes Reservoir 10 zwischen dem ersten
CI und zweiten Cll Steuermittel und ausserdem zwischen dem ersten DI und zweiten DU Dosierungsmittel angeordnet ist.
Es ist klar, dass das XY-Positionierungssystem zur Auswahl eines vorbestimmten Reservoirs lineare und / oder Drehbewegungen umfassen kann. Auf diese Weise kann unter Verwendung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens und / oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eine vorbestimmte Mischung einer Flüssigkeit 11 in dem Gefäß 16 aus wenigstens einer Flüssigkeit aus wenigstens einem Reservoir 10 der Vielzahl der Reservoire 10 des Trays 101 bereitgestellt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 , das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System sind geeigneter weise mit einem elektronischen Computer verbunden und werden von diesem gesteuert, wobei geeigneter Weise der elektronische Computer die Steuereinheit 20 umfassen kann. Der elektronische Computer kann geeigneter Weise mit einem lokalen und / oder globalen
Computernetzwerk verbunden sein, wobei der elektronische Computer vorteilhaft mit wenigstens einem Computer des Computernetzwerks kommuniziert oder wenigstens teilweise von diesem gesteuert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 und das erfindungsgemäße System können geeigneter Weise zur Dosierung und / oder Mischung von wenigstens einer Flüssigkeit verwendet werden, wobei die Flüssigkeit geeigneter Weise einen Wirkstoff und / oder Geschmacksstoff und /oder Duftstoff und / oder pharmazeutisches Mittel und / oder biologisches Mittel umfassen kann, und wobei die Mischung ein Geschäftsgeheimnis umfassen kann, das dem elektronischen Computer, der das Verfahren, die Vorrichtung 1 und das System steuert über das Computernetzwerk von einem anderen Computer verschlüsselt übermittelt wird.