SCHARGER, Rolf (Bussardstrasse 55, Winterbach, 73650, DE)
Ansprüche
1. Dosiereinrichtung für feinkörniges Pulver (1), ins- besondere für medizinisches Pulver (1) zur pulmonalen Verabreichung, umfassend eine Pulverpumpe (2) zur Förderung des Pulvers (1) und einen von der Pulverpumpe (2) mit dem Pulver (1) gespeisten Dosierer (3), wobei der Dosierer (3) einen durchgehenden Pulver- kanal (4) und mindestens eine Dosierkammer (5) mit einem Auslassventil (6) umfasst, wobei die Dosierkammer (5) vom Pulverkanal (4) winklig abzweigt, und wobei die Dosierkammer (5) einen größeren Querschnitt aufweist als der Pulverkanal (4) .
2. Dosiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverkanal (4) im Betrieb horizontal angeordnet ist, und dass die mindestens eine Dosierkammer (5) rechtwinklig vom PuI- verkanal (4) abzweigt und dabei mit ihrer Längsachse (7) vertikal angeordnet ist.
3. Dosiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere und insbesondere sechs Dosierkammern (5) vom durchgehenden Pulverkanal (4) abzweigen.
4. Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverpumpe (2) , eine von der Pulverpumpe (2) zum Dosierer (3) führende Zuführleitung (8), der Pulverkanal (4) und eine vom Dosierer (3) zur Pulverpumpe (2) zurückführende Rückführleitung (9) einen geschlossenen Kreislauf für das Pulver (1) bilden.
5. Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der
Dosierkammer (5) im Anschlussbereich an den Pulverkanal (4) mindestens doppelt so groß und insbesondere mindestens dreimal so groß ist wie der Querschnitt des Pulverkanals (4) .
6. Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (6) ein insbesondere konisches, zur Außenseite der Dosierkammer (5) hin öffnendes Ventil ist.
7. Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (6) eine Ventilnadel (10) umfasst, die sich in den Innenraum der Dosierkammer (5) erstreckt, und die mindes- tens einen radial hervorstehenden Auflockerungsvorsprung (11) für das Pulver (1) trägt.
8. Dosiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflockerungsvor- sprung (11) mit axialem Abstand zu einem Ventilsitz (20) des Auslassventils (6) im Innenraum der Dosierkammer (5) angeordnet ist.
9. Dosiereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflockerungsvorsprung (11) als um die Ventilnadel (10) umlaufender Teller ausgeführt ist.
10. Dosiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Antrieb (12) für die Ventilnadel (10) zum öffnen und Schließen des Auslassventils (6) sowie ein zweiter, insbesondere mit dem ersten Antrieb (12) in Reihe geschalteter zweiter Antrieb (21) für eine axial oszillierende Bewegung der Ventilnadel (10) vorgesehen ist.
11. Dosiereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (10) in Längsrichtung durch die Dosierkammer (5) hindurchgeführt ist, und dass die Antriebe (12, 21) auf der dem Auslassventil (6) gegenüberliegenden Seite an der Ventilnadel (10) angreifen.
12. Verfahren zum Betrieb einer Dosiereinrichtung mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Mittels der Pulverpumpe (2) wird das Pulver (1) durch den Pulverkanal (4) hindurch gefördert, wobei die mindestens eine Dosierkammer (5) mit dem Pulver (1) befüllt wird;
- Nach Verstreichen eines Zeitintervalls, in dem eine selbstnivellierende Befüllung der Dosierkammer (5) stattgefunden hat, wird die Förderung der Pulverpumpe (2) unterbrochen;
- Danach erfolgt eine Befüllung mindestens eines Zielbehälters (13) aus der Dosierkammer (5) unter öffnung des Auslassventils (6) und unter Beibehaltung einer Restmenge von Pulver (1) in der Dosierkammer (5) ; - Schließlich wird die Förderung des Pulvers (1) mittels der Pulverpumpe (2) wieder aufgenommen, bis erneut eine selbstnivellierende Befüllung der Dosierkammer (5) stattgefunden hat, woraufhin wei- tere Befüllungen von Zielbehältern (13) und weitere selbstnivellierende Befüllungen der Dosierkammer (5) stattfinden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei aufeinander folgenden Befüllungen der Dosierkammer (5) mehrere und insbesondere vier Zielbehälter (13) aus einer einzigen Dosierkammer (5) befüllt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmenge des vom Zielbehälter (13) aufgenommenen Pulvers (1) mittels einer Wägezelle (14) für den Zielbehälter (13) ermittelt wird, wobei das Auslassventil (6) mittels des Messergebnisses der Wägezelle (14) gesteuert bzw. geregelt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (10) bei geöffnetem Auslassventil (6) mittels ihres zweiten
Antriebes (21) eine insbesondere in ihrer Längsrichtung ausgeführte oszillierende Bewegung zur Auflockerung des Pulvers (1) ausführt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (21) erst nach dem öffnen des Auslassventils (6) eingeschaltet wird. |
Dosiereinrichtung und Verfahren zum Betrieb dieser Dosiereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung für feinkörniges Pulver, insbesondere für medizinisches Pulver zur pulmonalen Verabreichung, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Dosiereinrichtung.
Aufgrund der Zunahme von Asthma und COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Desease, chronisch obstruktive Lungenerkrankung) gewinnen inhalative Darreichungsformen von Medikamenten zur Therapie dieser Erkrankungen immer mehr an Bedeutung. Die pulmonale Gabe ist - neben Injektion oder Infu- sion - auch eine Alternative für zahlreiche Arzneistoffe, die nicht peroral appliziert werden können, weil die Substanzen im Magen-Darm-Trakt zerstört würden oder eine mangelhafte Bioverfügbarkeit besitzen. Pulver zur Inhalation besitzen dabei gegenüber Lösungen zur Vernebelung den Vor- teil der besseren WirkstoffStabilität , sind aber schwieriger zu verarbeiten, da alle Wirkstoffpartikel eine Größe von < 5 μm besitzen müssen, um bis an den Zielort, die Alveolen, zu gelangen. Pulverinhalatoren mit einzeln verpackten Dosen werden wegen der besseren Stabilität und der höheren Dosiergenauigkeit bevorzugt.
Kleinstmengen solcher Pulver, die bei medizinischer Anwendung im Bereich von 0,2 mg bis 50 mg liegen, müssen sehr genau dosiert und in das Zielgefäß abgefüllt werden. Auf- grund der geringen Partikelgröße agglomerieren diese Pulver sehr stark, wobei die Masse einzelner Agglomerate größer als die zulässige Dosiertoleranz sein kann. Dies führt zu
mangelnder Dosiergenauigkeit bei herkömmlichen Volumendosieren. Bleiben diese Agglomerate beim Dosieren und Inhalieren erhalten, kann der Werkstoff nur eingeschränkt zu den Alveolen gelangen. Ziel ist es deshalb, die Agglomerate während des Dosiervorganges aufzulösen, das Pulver möglichst feinkörnig in die Zielbehälter abzufüllen und dabei eine hohe Bemessungsgenauigkeit zu erreichen.
Aus der US 4,472,091 ist eine Dosiereinrichtung für fein- körniges, trockenes Pulver bekannt, bei der das Pulver in einem geschlossenen, trichterförmigen Vorratsbehälter vorgehalten wird. Der trichterförmige Vorratsbehälter weist auf seiner Unterseite eine öffnung auf, die mittels eines Auslassventils verschlossen ist. Der Ventilkörper des Aus- lassventils ist mittels Piezoelementen axial verschiebbar, und kann auf diese Weise geöffnet, geschlossen und auch in Vibration versetzt werden. In den Vorratsbehälter und auch in einen darunter angeordneten Zwischenraum münden je ein Luftkanal, um ein Pulver-Luft-Gemisch zu erzeugen, welches durch das Auslassventil zum Zielbehälter geführt wird. Die Vibrationsbewegung des Ventilkörpers trägt zu einer Auflockerung des Pulvers und zu einem verbesserten Austrag aus dem Vorratsbehälter bei.
Nachteilig ist hierbei, dass eine Auflösung von Agglomera- ten im Pulver nicht zuverlässig sichergestellt ist. Insbesondere ist eine aufwendige Sensorik und eine entsprechende Prozesskontrolle erforderlich, um einen hinreichenden Füllstand des Pulvers im Vorratsbehälter aufrechtzuerhalten. Beim Unterschreiten des minimalerforderlichen Füllstandes muss der Behälter geöffnet und nachgefüllt werden, was die Wirtschaftlichkeit der Anordnung beeinträchtigt. Die Anord-
nung ist kompliziert im Aufbau. Der piezoelektrische Antrieb des Ventilkörpers liegt im Pulverstrom und muss deshalb vor Verschmutzung und gegen Kontamination des Pulvers geschützt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosiereinrichtung für feinkörniges Pulver anzugeben, die bei einfachem Aufbau und geringem Betriebsaufwand eine genaue und wirtschaftliche Dosierung des Pulvers ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Dosiereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb der Dosiereinrichtung anzugeben, mit dem das Pulver unter Auflösung von Agglomeraten exakt und wirtschaftlich dosiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Es wird eine Dosiereinrichtung für feinkörniges Pulver, insbesondere für medizinisches Pulver zur pulmonalen Verabreichung vorgeschlagen, wobei die Dosiereinrichtung eine Pulverpumpe zur Förderung des Pulvers und einen von der
Pulverpumpe mit dem Pulver gespeisten Dosierer umfasst . Der Dosierer umfasst einen durchgehenden Pulverkanal und mindestens eine Dosierkammer mit einem Auslassventil, wobei die Dosierkammer vom Pulverkanal winklig abzweigt, und wobei die Dosierkammer einen größeren Querschnitt aufweist als der Pulverkanal .
Im zugehörigen erfindungsgemäßen Verfahren wird das Pulver mittels der Pulverpumpe durch den Pulverkanal hindurchgefördert, wobei die mindestens eine Dosierkammer mit dem Pulver befüllt wird. Der von der Pulverpumpe geförderte Volumenstrom des Pulvers, eines Pulver-Luft-Gemisches oder eines Pulver-Gas-Gemisches weist im Pulverkanal des Dosierers infolge dessen Querschnittes eine bestimmte Geschwindigkeit auf. An den Abzweigstellen der mindestens einen oder mehreren Dosierkammern mit vergrößertem Querschnitt vergrößert sich der Strömungsquerschnitt insgesamt, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit verringert . In dessen Folge kann das geförderte Pulver aus dem Pulverkanal bzw. aus seinem Trägerluftstrom heraus in die Dosierkammer hineinfallen, wodurch diese mit dem Pulver befüllt wird. Im gefüllten Zustand ist jedoch die Erweiterung des freien Strömungsquerschnittes im Pulverkanal nicht mehr gegeben, so dass eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit nicht mehr stattfindet. In der Folge fällt kein weiteres Pulver mehr in die Dosierkammer nach, so dass eine selbst - nivellierende Befüllung der Dosierkammer mit dem Pulver ohne überfüllung stattfindet.
Eine Füllstandsregelung der Dosierkammer ist nicht erforderlich. Vielmehr wird lediglich das Verstreichen eines Zeitintervalls abgewartet, indem die selbstnivellierende Befüllung der Dosierkammer stattgefunden hat. Danach wird die Förderung des Pulvers mittels der Pulverpumpe unterbrochen.
Es erfolgt dann eine Befüllung von mindestens einem Ziel- behälter aus der Dosierkammer unter öffnung des Auslassventils und unter Beibehaltung einer Restmenge von Pulver in
der Dosierkammer. Das Volumen der Dosierkammer ist bevorzugt derart bemessen, dass mehrere und insbesondere vier Zielbehälter direkt hintereinander aus einer einzigen Dosierkammer befüllt werden können, ohne dass der Pulver- vorrat in der Dosierkammer erschöpft ist .
Nach Befüllung der Zielbehälter und Schließen des Auslassventils wird schließlich die Förderung des Pulvers mittels der Pulverpumpe wieder aufgenommen, bis erneut eine selbst - nivellierende Befüllung der Dosierkammer stattgefunden hat, woraufhin weitere Befüllungen von Zielbehältern und weitere selbstnivellierende Befüllungen der Dosierkammer stattfinden.
Die Anordnung ist einfach im Aufbau und erfordert weder besondere Vorrichtungen noch Prozessschritte für eine kontrollierte Nachfüllung der Dosierkammer. Vielmehr findet ohne überwachungssensorik eine selbstnivellierende Nachfüllung statt, wodurch mit geringem konstruktivem Aufwand eine hohe Prozesssicherheit erzielt werden kann. Bevorzugt zweigen mehrere und insbesondere sechs Dosierkammern vom durchgehenden Pulverkanal ab. In Verbindung mit der sequen- ziellen Befüllung von mehreren, insbesondere vier Zielbehältern aus je einer Dosierkammer lassen sich Zielbehälter beispielsweise in Form von Hartgelatinekapseln, sogenannte Vials, und andere Zielgefäße in einem matrixförmigen Rahmen zur Aufnahme einer Vielzahl von Zielbehältern befüllen. Die Zeit, die zum Austausch dieses Rahmens mit dem Zielbehältern nach erfolgter Befüllung erforderlich ist, kann für die selbstnivellierende Nachfüllung der Dosierkammern mittels der Pulverpumpe genutzt werden, so dass hierdurch keine zeitliche Verzögerung eintritt. Die Dosiereinrichtung
und das zugehörige Verfahren sind mit einer entsprechend hohen Wirtschaftlichkeit einsetzbar.
In bevorzugter Weiterbildung ist der Pulverkanal im Betrieb horizontal angeordnet, während die mindestens eine Dosierkammer rechtwinklig vom Pulverkanal abzweigt und dabei mit ihrer Längsachse vertikal angeordnet ist. Unter Ausnutzung der wirkenden Gewichtskraft wird hierdurch eine zuverlässige Abzweigung des Pulvers aus dem Pulverkanal in die Dosierkammer sichergestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Pulverpumpe, eine von der Pulverpumpe zum Dosierer führende Zuführleitung, der Pulverkanal und eine vom Dosierer zur Pulverpumpe zurückführende Rückführleitung eine geschlossenen Kreislauf für das Pulver. Hierdurch kann das Pulver mit überschuss, jedoch ohne Verluste durch den Pulverkanal und zurück zur Pulverpumpe gefördert werden, wobei infolge der oben beschriebenen Selbstnivellierung die zur Befüllung der Dosierkammer erforderliche Menge selbsttätig aus diesem Pulverstrom abgeschieden wird. Selbst bei einer Vielzahl von sequenziell vom Pulverkanal abzweigenden Dosierkammern ist sichergestellt, dass jede einzelne Dosierkammer den erforderlichen Füllstand erreicht.
Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, dass der Querschnitt der Dosierkammer im Anschlussbereich an den Pulverkanal mindestens doppelt so groß und insbesondere mindestens dreimal so groß ist wie der Querschnitt des Pulver- kanals. Hierdurch ist eine hinreichende Strömungsverzögerung im genannten Anschlussbereich sichergestellt, die ein selbsttätiges Herausfallen der Pulverpartikel aus dem
geförderten Volumenstrom in die Dosierkammer hinein ermöglicht.
Das Auslassventil ist bevorzugt ein insbesondere konisches, zur Außenseite der Dosierkammer hin öffnendes Ventil. Im geöffneten Zustand umströmt das austretende Pulver außenseitig des Ventilsitzes den nach außen angehobenen Ventil - körper und wird dabei von diesem umgelenkt, was zur Auflockerung des Pulvers beiträgt. Eine anschließende Schließ- bewegung des Ventilkörpers entgegen dem austretenden Pulverstrom vermeidet, dass Restpulver am Ventilsitz in unerwünschter Weise verdichtet wird.
In bevorzugter Weiterbildung umfasst das Auslassventil eine Ventilnadel, die sich in den Innenraum der Dosierkammer erstreckt, und die mindestens einen radial hervorstehenden Auflockerungsvorsprung für das Pulver trägt . Die axiale Bewegung der Ventilnadel trägt dabei mittels des Auflockerungsvorsprungs zur Auflockerung des Pulvers und sich dort gebildeter Agglomerate bei. Zweckmäßig ist der Auflockerungsvorsprung mit axialem Abstand zum Ventilsitz des Auslassventils im Innenraum der Dosierkammer angeordnet. Durch den räumlichen Abstand des Auflockerungsvorsprunges zum Ventilsitz ist eine zuverlässige Fluidisierung des Pulvers stromauf des Ventilsitzes sichergestellt, so dass dieses in seiner Gesamtheit ungestört durch das Auslassventil austreten kann. Der Auflockerungsvorsprung kann verschiedene geeignete Formen aufweisen. Zweckmäßig ist er als um die Ventilnadel umlaufender Teller ausgeführt, wodurch die Auf- lockerungsbewegung der Ventilnadel gleichmäßig auf das umgebende Pulver übertragen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erster Antrieb für die Ventilnadel zum öffnen und Schließen des Auslassventils sowie ein zweiter, insbesondere mit dem ersten Antrieb in Reihe geschalteter zweiter Antrieb für eine oszillierende Bewegung der Ventilnadel vorgesehen. In einem zugehörigen Verfahrensschritt wird mit dem ersten, dafür ausgelegten Antrieb der entsprechend große Hub zum öffnen bzw. Schließen des Auslassventils ausgeführt. Für die Auflockerung des Pulvers ist ein geringerer, allerdings hochfrequenter Hub erforderlich, der mittels des zweiten, eigens dafür ausgelegten Antrieb ausgeführt wird, wodurch bei geöffnetem Auslassventil mittels dieses zweiten Antriebes eine insbesondere in der Längsachse der Ventilnadel ausgeführte oszillierende Bewegung zur Auflockerung des Pulvers herbeigeführt wird. Durch die Spezialisierung der beiden Antriebe auf ihre unterschiedlichen Aufgabenbereiche ist einerseits ein schnelles, verzögerungsfreies öffnen und Schließen und andererseits die Auflockerung des Pulvers und damit ein agglomeratfreier Austritt des Pulvers aus der Dosierkammer zuverlässig sichergestellt.
Die Ventilnadel ist zweckmäßig in Längsrichtung durch die Dosierkammer hindurchgeführt, wobei die beiden Antriebe auf der dem Auslassventil gegenüberliegenden Seite an der Ventilnadel angreifen. Bei einer Ausführung mit nur einem Antrieb gilt sinngemäß das Gleiche. Die Antriebe und ihre Verbindung zur Ventilnadel liegen damit nicht im Volumenstrom des aus der Dosierkammer austretenden Pulvers, so dass hier eigenständige Schutzmaßnahmen nicht erforderlich sind. Die einzelnen Dosierkammern können einschließlich ihrer Antriebe in koaxialer Bauweise sehr schlank ausgeführt werden, so dass sie dicht an dicht im gleichen
Raster wie die Zielbehälter angeordnet werden können. Die gleichzeitige, parallele Befüllung von Zielbehältern ist hierdurch in einfacher Weise möglich.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird die Füllmenge des vom Zielbehälter aufgenommenen Pulvers mittels einer Wägezelle für den Zielbehälter ermittelt, wobei das Auslassventil mittels des Messergebnisses der Wägezelle gesteuert bzw. geregelt wird. Während des Füllvorganges des Zielbehälters, also bei geöffnetem Auslassventil, erfolgt kontinuierlich eine Wägung der vom Zielbehälter aufgenommenen Füllmenge. Bei Erreichen der vorgegebenen Zielmenge wird das Auslassventil geschlossen. In Verbindung mit den vorstehend beschriebenen konstruktiven Merkmalen und der dadurch erreichten agglomeratfreien Pulveraufbereitung sind sehr schnelle Reaktionszeiten erzielbar, wodurch eine überraschend hohe Dosiergenauigkeit erreicht werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Dosiereinrichtung mit einer Pulverpumpe, mit einem Dosierer, und mit einem geschlossenen Kreislauf für das Pulver;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Dosierers nach
Fig. 1 mit Einzelheiten seiner konstruktiven Ausgestaltung;
Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung des Dosierers nach den Fig. 1 und 2 mit Details der gegenseitigen
Anordnung von Pulverkanal, JDosierkammern, Zielbehältern und Wägezellen;
Fig. 4 eine vergrößerte Detaildarstellung der Anordnung nach Fig. 3 mit Einzelheiten zur Ausgestaltung der Ventilnadel und des Auslassventils.
Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Dosiereinrichtung für feinkörniges Pulver 1, im gezeigten Ausführungsbeispiel für medizinisches Pulver 1 zur pulmonalen Verabreichung mit einer Korngröße von < 5 μm. Die Dosiereinrichtung umfasst eine Pulverpumpe 2 zur Förderung des Pulvers 1, wie durch Pfeile angedeutet, und einen von der Pulverpumpe 2 mit dem Pulver 1 gespeisten Dosierer 3. Der Dosierer 3 ist mit mindestens einer, hier beispielhaft sechs in Fig. 3 dargestellten Dosierkammern 5 zur gleichzeitigen Dosierung des Pulvers 1 und Befüllung der gleichen Anzahl von Zielbehältern 13 versehen. Es kann auch eine abweichende Anzahl von Dosierkammern 5 zweckmäßig sein. Die Zielbehälter 13 können Hartgelatinekapseln, Vials oder andere Zielgefäße sein, die in einem nicht dargestellten Inhalationsgerät mit der entsprechenden Pulvermenge zum Einsatz kommen. Die Zielbehälter 13 liegen auf je einer Wägezelle 14, über die der Füllgrad der Zielbehälter 13 ermittelt wird.
Durch den Dosierer 3 läuft in dessen Längsrichtung ein in den Fig. 2 bis 4 dargestellter Pulverkanal 4, der zusammen mit der Pulverpumpe 2, einer von der Pulverpumpe 2 zum Dosierer führenden Zuführleitung 8 und einer vom Dosierer 3 zur Pulverpumpe 2 zurückführenden Rückführleitung einen
geschlossenen Kreislauf für das Pulver 1 entsprechend den dort gezeigten Pfeilen bildet.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Außenansicht des Dosie- rers 3 nach Fig. 1 mit Einzelheiten seiner konstruktiven Ausgestaltung. Der Dosierer 3 umfasst ein in einer Längsrichtung sich erstreckendes Gehäuse 15, durch das der Pulverkanal 4 achsparallel hindurchführt ist. Im Gehäuse 15 sind mehrere, hier sechs in Fig. 3 näher dargestellte Dosierkammern 5 angeordnet, an deren in Gewichtskraftrichtung unteren Ende je ein Auslassventil 6 angeordnet ist. Die Auslassventile 6 umfassen je eine durchgehende Ventil - nadel 10, die im Bereich des Auslassventils 6 mit je einem Ventilkörper 16 zum öffnen bzw. Verschließen des jeweiligen Auslassventils 6 versehen sind. Die Ventilnadeln 10 sind in ihrer Längsrichtung durch die Dosierkammern 5 (Fig. 3) hindurchführt, wobei sie an ihrem unteren Ende mittels des jeweiligen Ventilkörpers 16 aus dem Auslassventil 6 herausragen, und wobei sie an ihrem dem Auslassventil 6 gegen- überliegenden, oberen Ende über das Gehäuse 15 hervorstehen. An diesem, dem Auslassventil 6 gegenüberliegenden Ende sind entsprechend der Darstellung nach den Fig. 1 und 3 je ein erster Antrieb 12 und ein zweiter Antrieb 21 an die Ventilnadel 10 angeschlossen, so das sämtliche Ventilnadeln 10 unabhängig voneinander entsprechend einem Doppelpfeil 17 axial bewegt werden können. Drei der insgesamt sechs Ventilnadeln 10 sind in ihrer geschlossenen Position gezeigt, wobei die zugehörigen Ventilkörper 16 auf ihrem in das Gehäuse 15 eingeformten Ventilsitz 20 dicht aufliegen, wäh- rend die weiteren drei Ventilnadeln nach unten gedrückt sind, so dass der zugehörige Ventilkörper 16 nach unten vom Ventilsitz 20 abgehoben ist und das jeweilige Auslassventil
6 öffnet. Die Hubbewegung zwischen der vorstehend beschriebenen geschlossenen und geöffneten Position in Richtung des Doppelpfeiles 17 erfolgt mittels des zugehörigen ersten Antriebes 12. Außerdem kann mittels des zweiten Antriebes 21 eine oszillierende Hubbewegung in der Längsrichtung der Ventilnadel 10 entsprechend dem Doppelpfeil 17 herbeigeführt werden.
Fig. 3 zeigt eine Längsschnittdarstellung des Dosierers 3 nach den Fig. 1 und 2 mit Details der gegenseitigen Anordnung des Pulverkanals 4, der Dosierkammern 5, der Zielbehälter 13 und der Wägezellen 14. Es ist zu erkennen, dass der Pulverkanal 4 in Längsrichtung durch das Gehäuse 15 hindurchgeführt ist, wobei der Pulverkanal 4 im Betrieb horizontal, also quer zur Gewichtskraftrichtung verläuft. Vom Pulverkanal 4 zweigt mindestens eine Dosierkammer 5 winklig ab, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel mehrere, hier insgesamt sechs Dosierkammern 5 vorgesehen sind. Die Dosierkammern 5 weisen ebenso wie der Pulverkanal 4 eine zylindrische Form auf, erstrecken sich dabei aber entlang ihrer Längsachse 7, die jeweils rechtwinklig zur Längsachse des Pulverkanals 4 liegt und dabei vertikal, also in Ge- wichtskraftrichtung angeordnet ist. Im Anschlussbereich der Dosierkammern 5 angrenzend an den Pulverkanal 4 weisen die Dosierkammern 5 einen größeren Querschnitt auf als der Pulverkanal 4. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dabei der Querschnitt der Dosierkammern 5 in diesem Anschlussbereich mindestens doppelt so groß und hier mindestens drei mal so groß wie der Querschnitt des Pulverkanals 4.
Jede der Dosierkammern 5 weist an ihrem in Gewichtskraft - richtung unteren Ende je einen konisch sich verjüngenden
Abschnitt auf, der zur Außenseite der Dosierkammern 5 bzw. zur Außenseite des Dosierers 3 hin mit je einem Auslassventil 6 versehen ist. Das Auslassventil 6 umfasst einen in das Gehäuse 15 eingeformten, in Fig. 4 dargestellten Ven- tilsitz 20 sowie eine Ventilnadel 10 mit einem angeformten Ventilkörper 16, der im geschlossenen Zustand am Ventilsitz 20 (Fig. 4) des Gehäuses 15 anliegt und dabei das Auslassventil 6 verschließt. Drei der insgesamt sechs Ventilnadeln 10 sind im Vergleich zu den weiteren drei Ventilnadeln 10 axial nach unten geschoben dargestellt, wobei der Ventil - körper 16 von dem im Gehäuse 15 eingeformten Ventilsitz 20 (Fig. 4) abgehoben ist. In diesem Zustand ist das jeweilige Auslassventil 6 geöffnet. Die axiale öffnungsbewegung der Ventilnadel 10 erfolgt in öffnungsrichtung gegen die Vor- Spannkraft einer Druckfeder 19 mittels des ersten, hier pneumatischen Antriebes 12. Anstelle des pneumatischen Antriebes 12 kann auch eine elektromagnetische Ausführung oder dergleichen zweckmäßig sein.
Zwischen dem ersten Antrieb 12 und dem oberen Schaftende der Ventilnadel 10 ist ein zweiter Antrieb 21 angeordnet. Er ist mit dem ersten Antrieb 12 derart in Reihe geschaltet, dass der zweite Antrieb 21 gemeinsam mit der Ventilnadel 10 den vom ersten Antrieb 12 erzeugten Hub ausführt. Der zweite Antrieb 21 ist ebenso wie der erste Antrieb 12 als Linearantrieb ausgebildet, jedoch abweichend davon für einen geringeren, aber hochfrequenten Hub ausgelegt. Hierzu ist er als piezoelektrischer Antrieb ausgeführt. Es können aber auch abweichende Bauformen wie elektromagnetische Antriebe zweckmäßig sein. Mittels des zweiten Antriebes 21 kann die Ventilnadel 10 bei Bedarf in eine axial oszillierende Hubbewegung versetzt werden. Infolge der Reihenschal-
tung beider Antriebe 12, 21 sind ihre beiden Hubbewegungen überlagert, können jedoch unabhängig voneinander eingeschaltet, gesteuert bzw. geregelt und auch ausgeschaltet werden.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der Anordnung nach Fig. 3, wobei gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Ventilkörper 16 liegt auf der Außenseite des Gehäuses 15 und bildet zusammen mit dem zu- gehörigen Ventilsitz 20 ein zur Außenseite der Dosierkammer 5 bzw. des Gehäuses 15 hin öffnendes Ventil. Die Form des Ventilkörpers 16 und des zugehörigen Ventilsitzes 20 ist im Dichtbereich konisch, was zu einer feinen Verteilung des austretenden Pulvers 1 beiträgt. Im übrigen ist der Ventil- körper 16 gerundet ausgeführt.
Die Ventilnadel 10 erstreckt sich durch den Innenraum der Dosierkammer 5. Die Ventilnadeln 10 können einen glatten Schaft aufweisen. Auch können die Ventilnadeln 10 mit ver- schiedenartigen, radial hervorstehenden Auflockerungsvorsprüngen 11 für das Pulver ausgestattet sein. Dabei ist mindestens ein solcher Auflockerungsvorsprung 11 vorzusehen. Es kann zweckmäßig sein, mehrere, insbesondere bis zu drei Auflockerungsvorsprünge 11 an einer einzelnen Ventil - nadel 10 anzuordnen. Diese Auflockerungsvorsprünge 11 können radial hervorstehende Zähne oder dergleichen sein und sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als um den Schaft der Ventilnadel 10 umlaufender Teller ausgeführt, wobei hier bevorzugt nur ein solcher Auflockerungsvorsprung an je einer Ventilnadel 10 angeordnet ist. Die Auflockerungsvorsprünge 11 befinden sich nicht in unmittelbarer Nähe zum jeweiligen Auslassventil 6, sondern mit axialem Abstand zum
Ventilsitz 20 im Innenraum der jeweiligen Dosierkammer 5. Die axiale Position des jeweiligen Auflockerungsvorsprungs 11 ist dabei vorteilhaft im Bereich des konisch verjüngten Abschnittes bzw. im übergangsbereich zum zylindrischen Abschnitt der Dosierkammer 5.
Unter gleichzeitigem Bezug auf die Fig. 1 bis 4 wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der Dosiereinrichtung beschrieben. Zunächst wird mittels der Pulverpumpe 2 das Pulver 1 durch den Pulverkanal 4 in Form des vorstehend beschriebenen geschlossenen Kreislaufs gefördert. Sofern die Dosierkammern 5 nicht oder nicht vollständig mit dem Pulver 1 befüllt sind, liegt im Anschlussbereich zwischen den Dosierkammern 5 und dem Pulverkanal 4 ein erweiterter Strömungsquerschnitt vor, in dem der durch Pfeile 18 (Fig. 3) angegebenen Pulverstrom im Pulverkanal 4 verzögert wird. Infolge dieser Verzögerung fällt ein Teil des Pulvers 1 aus dem Pulverkanal 4 in die Pulverkammern 5, in dessen Folge sich deren Füllstand erhöht. Bei Erreichen eines bestimmten Füllstandes, nämlich bei Annäherung der Pulverfüllung in den Dosierkammern 5 an den Pulverkanal 4 ist diese Querschnittserweiterung und die damit einhergehende Strömungsverzögerung nicht mehr gegeben, so dass kein weiteres Pulver 1 in die Dosierkammern 5 nachfällt. Es bil- det sich bei laufender Pulverpumpe 2 und anhaltendem Strom des Pulvers 1 im Pulverkanal 4 eine selbstnivellierende Füllstandsregelung des Pulvers 1 in den Dosierkammern 5 aus .
Die Pulverpumpe kann beliebig lange weiterlaufen, ohne dass eine überfüllung eintritt. Tatsächlich muss sie jedoch nur so lange laufen, wie zur Befüllung der Dosierkammern 5 er-
forderlich ist. Diese Zeitspanne wird genutzt, die Zielbehälter 13 (Fig. 1) auf den Wägezellen 14 unter dem Dosierer 3 zu positionieren. Je ein Zielbehälter 13 liegt dabei unter je einem Auslassventil 6 mit der zugehörigen Dosier- kammer 5. Nach Verstreichen eines beliebigen Zeitintervalls, welches mindestens so groß ist, dass eine selbstnivellierende Befüllung der Dosierkammer 5 stattgefunden hat, wird die Förderung des Pulvers 1 mittels der Pulverpumpe 2 unterbrochen. Danach werden die Ventilnadeln 10 mittels ihrer ersten Antriebe 12 entsprechend dem Doppelpfeil 17 derart nach unten gedrückt, dass sich der jeweilige Ventilkörper 16 vom zugehörigen Ventilsitz 20 abhebt. Entsprechend feinkörniges Pulver mit ausgeprägter Neigung zur Agglomeratbildung fällt dann noch nicht selbsttätig aus den Dosierkammern 5 heraus. Deshalb werden nach öffnen der Auslassventile 6 und beibehaltenem geöffnetem Zustand die zweiten Antriebe 21 angeschaltet, wodurch die Ventilnadeln 10 bei geöffnetem Auslassventil 6 oszillierend in Richtung der Längsachse 7 und dem Doppelpfeil 17 bewegt werden, und wobei durch Reibung zwischen dem Schaft der Ventilnadeln 10 und dem Pulver 1 eine Auflockerung herbeigeführt wird. Diese Auflockerung unter Auflösung von Agglomeraten im Pulver 1 wird durch die oszillierenden Auflockerungsvorsprünge 11 unterstützt, so dass ein gleichmäßiger Pulver- ström infolge seines Eigengewichtes durch das Auslassventil 6 hindurch austritt und in den Zielbehälter 13 fällt.
Währenddessen findet eine kontinuierliche und individuelle Wägung der Zielbehälter 13 mittels der zugeordneten Wäge- zellen 14 statt, wodurch die Füllmenge des vom Zielbehälter 13 aufgenommenen Pulvers ermittelt wird. Das Auslassventil 6 bzw. die zugeordneten Antriebe 12, 21 werden mittels des
Messergebnisses der Wägezelle 14 in einer Weise gesteuert bzw. geregelt, dass der zweite Antrieb 21 bei Erreichen der vorbestimmten Füllmenge im Zielbehälter 13 mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit abgeschaltet wird. Ein Nachrieseln des Pulvers 1 aus den Dosierkammern 5 hört dann unmittelbar auf. Unterstützend erfolgt unmittelbar nach dem Abschalten der zweiten Antriebe 21 ein Schließen der Auslassventile 6 mittels der zugeordneten ersten Antriebe 12. Die typische Dosiermasse für einen einzelnen Zielbehälter 13 liegt in einem Bereich von einschließlich 0,2 mg bis einschließlich 50 mg.
Es kann zweckmäßig sein, genau die gleiche Menge an Zielbehältern 13 in einer Reihe anzuordnen, wie Dosierkammern 5 vorhanden sind. Nach Befüllung dieser Zielbehälter 13 mittels je einer Dosierkammer 5 und bei geschlossenen Auslassventilen 6 wird die Förderung des Pulvers 1 mittels der Pulverpumpe 2 wieder aufgenommen, bis erneut eine selbst - nivellierende Befüllung der Dosierkammer 5 stattgefunden hat. Während dieser Zeit kann eine neue Reihe von noch leeren Zielbehältern 13 unter den Dosierkammern 5 für einen nachfolgenden Befüllvorgang positioniert werden, der dann erneut in oben beschriebener Weise stattfindet.
Alternativ kann es auch zweckmäßig sein, eine größere
Anzahl von Zielbehältern 13 beispielsweise in einem Rahmen matrixartig anzuordnen. Das Volumen der Dosierkammern 5 ist dabei derart bemessen, dass der sich darin angesammelte Pulvervorrat für die Befüllung von mehreren, hier vier Zielbehältern 13 ausreicht, wobei dann nach Befüllung von vier Vorratsbehältern 13 aus je einer Dosierkammer 5 immer noch eine Restmenge von Pulver 1 in jeder Dosierkammer 5
verbleibt. In diesem Falle werden dann bis zu vier Ziel- behälter 13 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Befüllungen der zugeordneten Dosierkammern 5 sequenziell befüllt. Erst dann wird die Pulverpumpe 1 wieder in Betrieb genommen, um die Dosierkammern 5 nachzufüllen, wobei dieses Nachfüllen während des Auswechseins der befüllten Zielbehälter 13 gegen einen neuen Rahmen mit noch leerem Zielbehälter 13 erfolgt .