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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feindosierung
von Pulver sowie ein Verfahren zu ihrer Umsetzung und ihre Verwendung.
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In
der chemischen und pharmazeutischen Industrie ist es normalerweise
notwendig, genaue Dosierungen von pulverförmigen Reaktanten oder Produkten
zu realisieren, insbesondere aus einer Moleküldatenbank. Bei der Durchführung von
Tests an einer größeren Anzahl
von pulverförmigen
Produkten sind die aufeinander folgenden Dosierungen für die damit
befassten Mitarbeiter besonders mühsam.
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Abgesehen
von dem Wiederholungsaspekt müssen
die betreffenden Mitarbeiter einen beträchtlichen Zeitaufwand und anhaltende
Aufmerksamkeit auf diese Art von Dosierungen verwenden.
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Diese
Dosierungen sind umso mühsamer, als
die zu dosierenden Pulver im Allgemeinen von sehr unterschiedlichen
Naturen sind und Fließfähigkeitsindizes
aus einem sehr weiten Bereich aufweisen.
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Außerdem wird
die Schwierigkeit der Dosierung dadurch erhöht, dass die zu dosierenden
Mengen von einem Milligramm bis zu hundert Gramm variieren, und
zwar bei einer Genauigkeit im Bereich von einem Zehntel Milligramm.
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Schließlich muss
einerseits unbedingt verhindert werden, dass die handhabenden Mitarbeiter durch
die dosierten Produkte kontaminiert werden, und andererseits muss
die Kontamination der Produkte untereinander verhindert werden,
was ein dem Fachmann unter der englischen Bezeichnung „cross-pollution" bekanntes Problem
ist, welches die kontaminierten Proben unbrauchbar macht.
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Zuerst
wurde versucht, diese Dosierungen zu automatisieren, um sie so leichter
und sicherer zu machen und gleichzeitig eine annehmbare Dosiergenauigkeit
zu wahren.
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In
der französischen
Patentschrift
FR 2 672 035 wird
diese Art der Vorrichtung veranschaulicht, welche die Ausgabe definierter
Pulvermengen gestattet. Diese Vorrichtung besteht aus einem Pulveraufnahmeteil
und einem Dosierdeckel, welcher einen Filter umfasst, der eine Endlosschraube
versorgt. Diese Endlosschraube stellt den Transport des Pulvers
zu einer in der Drehachse der Endlosschraube und an der Seite des
Deckels angeordneten Ausgabeöffnung
sicher.
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Eine
weitere Vorrichtung derselben Art wird in der Patentanmeldung
FR 2 775 958 beschrieben. Das
Prinzip, einen mit einer Endlosschraube versehenen Deckel mit einer
Ausgabeöffnung
am Ende der Endlosschraube zu verwenden, wurde außerdem bereits
in einem so alten Dokument wie dem Patent
US 2,593,803 beschrieben.
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Diese
Vorrichtungen eignen sich, um Pulvermengen in der Größenordnung
von ungefähr
5 bis 8 mg mit einer Genauigkeit im Bereich von 1 mg abzugeben.
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Diese
Vorrichtungen eignen sich dagegen nicht für Dosierungen mit einer Dosiergenauigkeit von
einem Zehntel Milligramm.
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Außerdem eignen
sie sich nicht für
Dosierungen von Mengen im Grammbereich, da die Dosiergeschwindigkeit
durch das Ausgabesystem mit Endlosschraube sehr schnell limitiert
wird. Die Dosierzeit wird somit übermäßig lang.
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Hinsichtlich
der Dosierung großer
Pulvermengen kann auf die in dem deutschen Gebrauchsmuster Nr. 89
14 389 der FINK-CHEMIE GmbH beschriebene Vorrichtung verwiesen werden.
Diese Vorrichtung ist mit einem eine Endlosschraube mit Pulver versorgenden
Einlass ausgestattet. Diese Endlosschraube befördert das Pulver zu einer Ausgabeöffnung,
welche in der inneren Oberfläche
der Vorrichtung ausgebildet ist.
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Es
wird jedoch sofort ersichtlich, dass diese Art Vorrichtung sich
nicht für
eine genaue Dosierung großer
Mengen und kleiner Mengen unterschiedlicher Pulver eignet, wie dies
insbesondere der Einsatz in einer Moleküldatenbank erforderlich macht. Diese
Vorrichtung scheint jedoch auf die Dosierung großer Mengen bestimmter Arten
von Pulvern ausgelegt zu sein, bei denen die Genauigkeit eine geringere
Rolle spielt. Dieses Gebrauchsmustermodell erwähnt außerdem keinerlei Anforderungen
hinsichtlich der Dosiergenauigkeit.
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Eine
weitere Vorrichtung zur genauen Dosierung von Pulver, welche von
der Anmelderin entwickelt wurde, wurde in den noch nicht veröffentlichten Patentschriften
FR 01 06090 und PCT/FR02/01484 beschrieben.
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Diese
Patentanmeldungen beschreiben einen verbesserten Dosierdeckel, der
auf einem Pulveraufnahmeteil zu befestigen ist. Dieser Dosierdeckel
umfasst einen Trichter, welcher eine Endlosschraube versorgt. Diese
Endlosschraube transportiert das Pulver seitlich zu einer in der
inneren Oberfläche
des Deckels gelegenen Öffnung.
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Die
Verbesserung, welche darin bestand, die Öffnung an der inneren Oberfläche des
Deckels zu platzieren, gestattete durchschnittliche Dosiergenauigkeiten
in der Größenordnung
von 0,1 mg, das heißt, für einen
Einsatz in Moleküldatenbanken
außerordentlich
zufriedenstellend.
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Dennoch
entstehen aus der Verwendung eines eine Endlosschraube umfassenden
Mechanismus in diesen Dosiervorrichtungen Nachteile.
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Neben
dem oben angesprochenen Problem der Langsamkeit der Dosierung schränkt diese
Art von Mechanismus die Verkleinerung der Dosiereinrichtungen erheblich
ein. Die Endlosschraube kann effektiv nicht weiter als bis auf eine
bestimmte Größe verkleinert
werden, unterhalb derer sie bei bestimmten Pulvern ihre Funktion
des Pulvertransports nicht mehr ausführen kann. Dadurch können die
eine Endlosschraube verwendenden Dosierdeckel zur Dosierung bestimmter
Pulver kaum unter eine Größe von 2 cm
verkleinert werden.
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Die
Mehrzahl der in Moleküldatenbanken verwendeten
Dosierfächer,
auf denen die Dosierdeckel befestigt werden, weist jedoch einen
Durchmesser von mindestens 1,5 cm auf.
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Außerdem ist
der Mechanismus mit Endlosschraube nicht mehr so effizient, wenn
Pulver mit sehr geringem oder sehr hohem Fließfähigkeitsindex ausgegeben werden
sollen, das heißt
mit einem Fließfähigkeitsindex
von unter 2 oder über
8. Wenn der Fließfähigkeitsindex
sehr gering ist, befördert
die Endlosschraube das Pulver nur schwer zu der Ausgabeöffnung und
wenn das Pulver dagegen einen sehr hohen Fließfähigkeitsindex aufweist, gleitet
es selbst entlang des Schraubenwegs, ohne dass die Endlosschraube
betätigt
wird und ihre Rolle bei der Ausgabekontrolle übernehmen kann.
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Ein
weiterer Nachteil besteht darin, dass im Fall von Pulvern erhöhter Granularität das Gewinde der
Endlosschraube dazu tendiert, die Körner zu zermahlen. In bestimmten
Anwendungen ist diese Tendenz jedoch absolut nicht wünschenswert,
da dadurch das zu dosierende Pulver beschädigt wird.
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Da
die Analyseverfahren in der Chemie schließlich an immer kleineren Pulvermengen
durchgeführt
werden, werden die Anforderungen an die Genauigkeit somit immer
größer.
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Da
ein Bedarf an einer Dosiereinrichtung besteht, die diesen technischen
Schwierigkeiten entspricht, hat sich die Anmelderin die Einrichtung
zur Feindosierung von Pulvern fokussiert, welche die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ist.
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Die
Erfindung richtet sich außerdem
auf ein Verfahren zur Feindosierung von Pulver, welches die erfindungsgemäße Vorrichtung
wie auch die Verwendung dieser Vorrichtung zur Feindosierung von
Pulver umsetzt.
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Diese
erfindungsgemäße Dosiervorrichtung eignet
sich insbesondere für
die Aliquotierung aus einer Moleküldatenbank oder zur Einteilung
aus Reservebehältern.
Sie kann an Pulvern oder kleinen Feststoffen sehr unterschiedlicher
Granularität
und unterschiedlichen Erscheinens zum Einsatz kommen, beispielsweise
an Talk, Laktose, Maisstärke
oder Sand. In dieser Patentanmeldung und in Übereinstimmung mit der im Wörterbuch
der Chemie, DUVAL, 3. Ausgabe, gegebenen Definition, bezeichnet
der Begriff „Pulver" einen fein verteilten
Feststoff.
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Die
unten dargestellten Figuren veranschaulichen besondere Ausführungsformen
der Erfindung. Ihr Hauptzweck besteht darin, das Verständnis der Erfindung
zu vereinfachen, und nicht darin, die Erfindung auf einzelne dargestellte
Ausführungsformen zu
beschränken.
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1 ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dosiereinrichtung.
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2 ist
eine auseinandergezogene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Behälters.
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3 ist
eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Behälters.
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4 ist
eine Ansicht von der Unterseite eines erfindungsgemäßen Behälters, von
dem die einstellbare Öffnung
entfernt wurde.
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5 ist
eine Ansicht von der Unterseite eines erfindungsgemäßen Behälters.
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6 ist
eine weitere Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Behälters in Dosierposition.
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7A, 8A, 9A und 10A sind Schnittansichten eines erfindungsgemäßen Behälters im
Betrieb.
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7B, 8B, 9B und 10B sind Ansichten von der Unterseite eines erfindungsgemäßen Behälters im
Betrieb.
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11 ist
eine Schnittansicht einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters, welcher
ein Rührelement
umfasst.
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12 ist
eine Perspektivansicht des in 11 dargestellten
Rührelements.
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13 ist
eine perspektivische Schnittansicht einer besonderen Ausführungsform
der Ausgabeöffnung
des erfindungsgemäßen Behälters.
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Die
Vorrichtung zur Feindosierung von Pulver, welche die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung darstellt, umfasst:
- – einen
Behälter
(2) für
Pulver (3), der eine einstellbare Öffnung (4A, 4B)
umfasst, durch die das Pulver (3) ausgegeben wird, wobei
sich die Öffnung
(4A, 4B) in direkter Verbindung mit dem Behälter (2)
befindet;
- – Mittel
zum Einstellen (5) der Öffnung
(4A, 4B);
- – ein
Mittel zum Überprüfen (6)
der Menge des ausgegebenen Pulvers (3) in Verbindung mit
den Mitteln zum Einstellen (5); und
- – ein
Mittel zum Vibrieren (27) und/oder Schütteln (28) des Behälters (2).
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Es
hat sich überraschenderweise
herausgestellt, dass vor allem die Mittel zum Vibrieren und/oder
Schütteln
die Dosiergenauigkeit der Pulver verbessern.
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Das
Vibrieren und/oder Schütteln
des Behälters
(2) gestattet eine sehr genaue Dosierung der Pulver, und
zwar genauer, als sie die einzige Variation der Öffnung (4A, 4B)
ermöglicht.
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Daher
gestattet die Vorrichtung (1) die Ausgabe der Pulver mit
einer bei 100 μg
liegenden oder besseren Genauigkeit, vorzugsweise mit einer bei
50 μg liegenden
oder besseren Genauigkeit, und weiter bevorzugt mit einer bei 10 μg liegenden
oder besseren Genauigkeit. Dies bedeutet, dass die Vorrichtung (1)
bei bestimmten Pulvern zur Dosierung mit einer bei 2 μg liegenden
oder besseren Genauigkeit und sogar mit einer bis zu 1 μg reichenden
Genauigkeit in der Lage ist. Bei bestimmten Pulvern kann die Vorrichtung
(1) fast die Pulverkörner
dosieren.
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Hinsichtlich
der durchschnittlichen Genauigkeit ist die Vorrichtung (1)
dazu geeignet, Pulver mit einer bei 0,5 mg liegenden oder besseren
durchschnittlichen Genauigkeit, vorzugsweise mit einer bei 0,2 mg
liegenden oder besseren durchschnittlichen Genauigkeit und weiter
bevorzugt mit einer bei 0,1 mg liegenden oder besseren durchschnittlichen
Genauigkeit auszugeben. Die durchschnittliche Genauigkeit ist die
für die
Mehrzahl der Wägungen
erzielte Genauigkeit, das heißt
für mindestens
50 % der durchgeführten
Wägungen,
vorzugsweise für
mindestens 75 %, und weiter bevorzugt für mindestens 85 % der Wägungen.
In bestimmten Fällen
kann auch die Höchstzahl
von 100 % der Wägungen
erzielt werden.
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Unter
einer höheren
oder besseren Genauigkeit wird eine feinere oder bessere Genauigkeit
verstanden, so dass genauer dosiert wird.
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Außerdem ermöglicht die
erfindungsgemäße Vorrichtung
(1) die Dosierung von Pulvern mit einem Fließfähigkeitsindex,
der einen sehr großen
Bereich umfasst. Pulver mit einem Fließfähigkeitsindex bei oder unter
2 oder bei oder über
8, vorzugsweise Pulver mit einem Fließfähigkeitsindex unter 1 oder über 9, oder
bei oder über
10, können
mit den oben genannten Genauigkeiten dosiert werden.
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Der
Fließfähigkeitsindex
wird durch eine geringere oder größere Fähigkeit definiert, die ein
zu dosierendes Pulver aufweist. Diese Fähigkeit wird von verschiedenen
Faktoren beeinflusst, wie der Viskosität, der elektrostatischen Ladungen
oder auch der Granularität
oder Feuchtigkeit oder der Kapillarkräfte. Dieser Fließfähigkeitsindex
wird allgemein mit einer Skala von 0 bis mehr als 10 angegeben.
Pulver mit einem Fließfähigkeitsindex
von 0 bis 2 werden sehr kohäsiv
genannt, diejenigen mit einem Index zwischen 2 und 4 werden kohäsiv genannt,
diejenigen mit einem Index zwischen 4 und 10 werden mittel genannt
und diejenigen mit einem Index von über 10 werden frei genannt.
Die Fließfähigkeit
kann beispielsweise mit dem dem Fachmann wohlbekannten Test nach
JENIKE bestimmt werden.
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Das
Dokument mit dem Titel „MESSSIGNALVERARBEITUNG
UND REGELUNG IN ABFÜLL-
UND ABSACKANLAGEN",
WAGEN UND DOSIEREN, VERLAGSGESELLSCHAFT KEPPLER, MAINZ, DE, Bd.
19, Nr. 3, Seiten 92-96, XP000003020, von PANDIT, bezieht sich auf
die Behandlung des Messsignals und der Regelung für Auffüllvorrichtungen
und die Sackabfüllung.
Dieses Dokument beschreibt beiläufig
eine Vorrichtung, die aus einem Behälter besteht, welcher mit einer
das auszugebende Pulver enthaltenden Öffnung, Einstellmitteln der Öffnung und
einer Waage zum Auswägen des
Pulvers versehen ist. Dieses Dokument betrifft dagegen offenbar
nicht die Feindosierung. Es sei außerdem darauf hingewiesen,
dass das Dokument keine Dosiergenauigkeit angibt.
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Außerdem beschreibt
dieses Dokument im Gegensatz zur Erfindung kein Vibrations- und/oder Schüttelmittel
des Behälters.
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In
der Patentschrift
US 5,738,153 wird
auch eine Vorrichtung zum Dosieren von Pulver beschrieben, welche
eine variable, mit Ventil versehene Öffnung beschreibt. Das Dokument
beschreibt dagegen auch kein Vibrations- und/oder Schüttelmittel
des Behälters.
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Daraus
folgt, dass es durch keine der im Stand der Technik beschriebenen
Vorrichtungen möglich
ist, die Dosiergenauigkeiten zu erzielen, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
erzielt werden kann.
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Da
die erfindungsgemäße Vorrichtung
(1) keine Endlosschraube enthält, kann sie auf Größen unter
2 cm und sogar auf Größen von
1 cm oder darunter verkleinert werden.
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Außerdem gestattet
das Fehlen einer Endlosschraube eine schnellere Ausgabe, ohne die
Körner
des zu dosierenden Pulvers zu zermahlen. Beispielsweise konnte eine
Dosierung von 2 g Pulver, beispielsweise Maisstärke, in weniger als 20 Sekunden
ausgeführt
werden, und zwar mit den oben genannten Genauigkeiten.
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Die
folgende ausführliche
Beschreibung, in der die Vorrichtung (1), die Mittel, die
sie umfasst, und ihr Zusammenwirken beschrieben werden, ermöglicht ein
besseres Verständnis
der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
(1) umfasst einen Behälter
(2) für
Pulver (3).
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Der
Behälter
kann aus einem oder mehreren Teilen bestehen.
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In
einer besonderen Ausführungsform
besteht der Behälter
(2) aus zwei Teilen, einem aufnehmenden Teil (8)
und einem Deckel (9). In diesem Fall können der aufnehmende Teil (8)
und der Deckel (9) mit irgendeinem dem Fachmann bekannten
Mittel aneinander befestigt sein, beispielsweise durch Verschrauben
oder Klemmen.
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Um
die Dichtigkeit der Befestigung des aufnehmenden Teils (8)
an dem Deckel (9) sicherzustellen, kann eine Dichtung (10)
vorgesehen sein.
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Ein
Trichter (14) kann außerdem
in dem Behälter
(2) angeordnet sein, um das Pulver (3) zu der einstellbaren Öffnung (4A, 4B)
zu leiten und somit die Zufuhr zu der Öffnung zu unterstützen.
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Der
Behälter
(2) kann jede Größe oder
Form, insbesondere eine Kegelform mit gegebenenfalls kreisförmigem Querschnitt,
aufweisen, die von einer Wand und einer ersten und zweiten Endfläche begrenzt
ist. Diese Endflächen
können
gegebenenfalls senkrecht zu der Kegelachse sein. Der Behälter (2) kann
aus jedem Material gefertigt sein, das bei Gebrauch und Lagerung
thermisch stabil und gegenüber
den zu dosierenden Pulvern chemisch inert ist. Es kann sich insbesondere
um ein Polymermaterial, wie Polyethylen, Polypropylen, fluorierte
Polymere, beispielsweise Polytetrafluorethylen (TeflonTM)
handeln. Im Fall eines zweistückigen
Behälters
(2) können
der aufnehmende Teil (8) und der Deckel (9) geformt
sein.
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Der
Behälter
(2) kann auch von einer Kappe (7) bedeckt sein,
wenn er sich nicht im Betrieb befindet, insbesondere zur Lagerung.
Diese Kappe (7) garantiert die Konservierung des Pulvers
(3) gegenüber der
Luft.
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Der
Behälter
(2) befindet sich in direkter Verbindung oder Beziehung
zu der einstellbaren Öffnung (4A, 4B),
das heißt,
auf solche Weise, dass das Pulver (3) einfach durch die
Wirkung der Schwerkraft aus dem Behälter (2) zu der einstellbaren Öffnung (4A, 4B)
befördert
werden kann, insbesondere, ohne von einem mechanischen Element,
beispielsweise einer Endlosschraube, transportiert zu werden.
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Es
sind auch andere Arten von einstellbaren Öffnungen möglich, insbesondere scheffelartige
(4A, 4B) oder schubartige (4A, 4C) Öffnungen.
Diese einstellbare Öffnung
(4A, 4B) oder (4A, 4C) kann
vorzugsweise bis zum vollständigen
Verschluss eingestellt werden.
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Der
Scheffel (4B) kann von der Art eines Zylinderventils, aus
Dichtungsgründen
vorzugsweise von der Art eines konischen Zylinderventils, sein.
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Die
einstellbare Öffnung
(4A, 4B) kann mit Einstellmitteln (5)
eingestellt werden, die sich in Beziehung zu Mitteln zur Überprüfung (6)
der Ausgabe befinden.
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Die
Einstellmittel (5) sind in der Lage, die Größe der Öffnung einzustellen,
um eine schnellere oder langsamere und genauere oder ungenauere Dosierung
des Pulvers (3) zu gestatten. Je kleiner die einstellbare Öffnung (4A, 4B),
desto schwächer
ist effektiv der Durchfluss des ausgegebenen Pulvers (3)
und desto genauer ist die Dosierung. Umgekehrt ist der Durchfluss
des ausgegebenen Pulvers (3) beträchtlicher, je größer die
einstellbare Öffnung
(4A, 4B), und desto ungenauer die Dosierung ist.
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Geeignete
Einstellmittel (5) sind beispielsweise ein mit einem Übertragungselement
(11), welches das Schließen oder Öffnen der einstellbaren Öffnung (4A, 4B)
bewirkt, in Beziehung stehender Motor. Diese einstellbare Öffnung (4A, 4B)
umfasst im Allgemeinen zwei Teile: eine eigentliche Öffnung (4A)
und einen Mechanismus zum Öffnen
und Schließen
(4B) der einstellbaren Öffnung.
Eine Reihe von Formen kann für
die Öffnung
(4A) vorgesehen sein, beispielsweise kreisförmig, quadratisch,
rautenförmig
oder auch dreieckig. Die bevorzugte Form der einstellbaren Öffnung (4A, 4B)
ist jedoch das Dreieck.
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Im
Fall einer scheffelförmigen Öffnung (4A, 4B)
kann es sich bei dem Übertragungselement
(11) um eine mit einem Motor verbundene Stange handeln,
deren kreuzförmiges
vorstehendes Anschlussstück
mit einer kreuzförmigen
buchsenartigen Ausnehmung am Ende auf der Achse des Scheffels (4B) zusammenwirkt.
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Die
Dosierung wird durch ein Überprüfungsmittel
(6) überprüft. Dieses Überprüfungsmittel
kann alle Mittel umfassen, die sich zur Bestimmung der ausgegebenen
Pulvermenge (3) eignen. Dieses Überprüfungsmittel (6) kann
beispielsweise ein optisches Mittel, wie ein Laser, oder eine das
Volumen des Pulvers messende Vorrichtung sein. Das Überprüfungsmittel
(6) ist vorzugsweise ein Auswägemittel, welches das Auswägen der
bereits durch die einstellbare Öffnung
(4A, 4B) ausgegebenen Menge gestattet. Im Folgenden
wird in der vorliegenden Anmeldung grundsätzlich auf Auswägemittel
Bezug genommen, ohne ein anderes Überprüfungsmittel auszuschließen.
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Ein
geeignetes Auswägemittel
(6) ist beispielsweise eine Waage mit einer Auswägegenauigkeit,
die über
oder bei 0,1 mg liegt.
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Das Überprüfungsmittel
(6) befindet sich in Beziehung zu dem Einstellmittel (5).
Diese Beziehung ist vorzugsweise eine elektronische Beziehung.
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Das Überprüfungsmittel
(6) misst die Menge des durch die einstellbare Öffnung (4A, 4B)
bereits ausgegebenen Pulvers (3) und gibt den Messwert
an das Einstellmittel (5) zurück, welches abhängig von dem
erhaltenen Auswägewert
die Dosierung einstellt, indem es die einstellbare Öffnung (4A, 4B)
weiter öffnet
oder schließt.
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Die
Einstellmittel (5) können
einen mit einer Software ausgerüsteten
Computer umfassen. Die Software kann in der Lage sein, die von dem Überprüfungsmittel
(6) zurückgegebenen
Messwerte zu behandeln. Diese Software kann auch die Einstellmittel
(5) in Abhängigkeit
von den von dem Überprüfungsmittel
(6) zugeführten
Messungen steuern. Die Einstellmittel (5) können auch
einen Motor umfassen, der mit einem Übertragungselement (11)
in Beziehung steht, welches das öffnen
oder Schließen
der einstellbaren Öffnung
(4A, 4B) betätigt.
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Die
Einstellmittel (5) können
außerdem
in Abhängigkeit
von der Eigenschaft des auszugebenden Pulvers parametrisiert sein.
Wenn das Pulver einen hohen Fließfähigkeitsindex hat, kann es
effektiv dazu tendieren, sehr schnell durch die einstellbare Öffnung (4A, 4B)
zu laufen. Die Software kann somit so parametrisiert sein, dass
die einstellbare Öffnung (4A, 4B)
bei der Dosierung solcher Pulver sehr wenig geöffnet wird.
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Bei
der Dosierung wird der Behälter
(2) geschüttelt
und/oder vibriert.
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Das
Schütteln
und/oder Vibrieren hat zwei Haupteffekte.
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Der
erste Effekt besteht in der Vereinfachung der Ausgabe des Pulvers,
indem das Pulver aufgelockert wird, wodurch die sich im Behälter (2)
bildenden Auswölbungs- und Kanalbildungseffekte
eliminiert werden. Dies gestattet die vereinfachte Zufuhr zu der einstellbaren Öffnung (4A, 4B).
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Der
zweite Effekt ist eine wesentliche Verbesserung der Dosiergenauigkeit
der Pulver. Die Vibration und/oder das Schütteln bringt das Pulver effektiv
in dem Behälter
(2) in Bewegung und befördert es
nach und nach bis zur Ausgabeöffnung
(4A, 4B). Die Vibration und/oder das Schütteln stellen
somit ein sehr feines Mittel zum Versorgen der Öffnung (4A, 4B)
und somit zur Dosierung dar.
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In
diesen Fällen
umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
vorteilhafterweise eine Vorrichtung, welche die Ausgabe des Pulvers
begünstigt, insbesondere
durch Schütteln
beispielsweise mit einem beweglichen und einziehbaren Stift, der
den Behälter
(2) beispielsweise viermal pro Sekunde stoßen kann,
und/oder durch Vibrieren insbesondere mit einer Gabel zum Halten
der Vorrichtung.
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Dem
Fachmann wird ersichtlich sein, dass sich viele Arten von Vorrichtungen
als Vibrations- und/oder Schüttelmittel
des Behälters
(2) eignen.
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Außerdem kann
die erfindungsgemäße Vorrichtung
(1) mit optionalen, die Ausgabe begünstigenden Mitteln ausgestattet
sein.
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Bei
Pulvern, die sehr fließfähig sind
oder die Auswölbungseffekte
bewirken, und um den Abfall des Pulvers zu der Öffnung hin zu erleichtern,
kann das Innere des Behälters
(2) mit Rührelementen
(12) ausgestattet sein, die die Versorgung der einstellbaren Öffnung (4A, 4B)
unterstützen.
Die Funktion dieser Rührelemente
ist es, die Auswölbungseffekte
zu verhindern, indem das Pulver gerührt wird oder indem es der
einstellbaren Öffnung
(4A, 4B) zugeführt wird.
Bei derartigen Rührelementen
(12) kann es sich beispielsweise um ein mit Blättern versehenes
Drehelement handeln.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
(1) umfasst das Rührelement
(12) ein Drehelement, das entlang einer die Öffnung (4A, 4C)
durchquerenden Achse und im Wesentlichen senkrecht dazu angeordnet
ist, wobei das Drehelement Folgendes umfasst:
- – ein erstes
Ende, das in der Nähe
der Öffnung (4A, 4C)
angeordnet ist, wobei das erste Ende ein Gewinde aufweist, das dazu
geeignet ist, das Pulver zu der Öffnung
(4A, 4B) zu befördern;
- – ein
zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, wobei das zweite
Ende an einem Rotor befestigt ist;
- – an
dem Drehelement befestigte Blätter,
die radial von der Drehachse vorstehen.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann das Rührelement
(12) entlang einer Achse angeordnet sein, die durch die Öffnung (4A, 4B)
geht, wobei das Rührelement
(12) Folgendes umfasst:
- – ein erstes
Ende (12A), das in der Nähe der Mittelebene der Öffnung (4A, 4B)
angeordnet ist; und
- – ein
zweites Ende (12B), das dem ersten Ende (12A)
gegenüberliegt
und mit einer Vorrichtung verbunden ist, die eine Vor- und Zurückbewegung entlang
der durch die Öffnung
(4A, 4B) gehenden Achse und gegebenenfalls eine
Drehbewegung um die durch die Öffnung
(4A, 4B) gehende Achse an das Rührelement
(12) überträgt.
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Das
Rührelement
(12) kann auf umkehrbare Weise mit der Vorrichtung verbunden
sein und an sie eine Vor- und Zurück- und eine Drehbewegung übertragen.
Das Rührelement
(12) kann dort beispielsweise durch Verschrauben, Klemmen
oder jede andere geeignete Weise, die dem Fachmann bekannt ist,
befestigt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
(1) handelt es sich bei dem Rührelement (12) um
eine Stange (16).
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
(1) umfasst das erste Ende (12A) des Rührelements
(12) eine Stange (16) und das zweite Ende (12B)
des Rührelements
(12) umfasst eine auf sich selbst zurückgebogene Lamelle (15),
um eine entlang der durch die Öffnung
(4A, 4B) gehenden Achse langgestreckte Schleife
zu bilden, wobei die Lamelle (15) Blätter (15A) umfasst,
die von der inneren Oberfläche der
Lamelle (15) vorragen, welche in Richtung der Achse gebogen
ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
(1) umfasst die Vorrichtung, die an das Rührelement
eine Vor- und Zurückbewegung überträgt, Folgendes:
- – ein Übertragungsmittel
(17), das mit dem zweiten Ende (12B) des Rührelements
(12) verbunden ist,
- – ein
Schubmittel (21),
- – ein
Zugmittel (18),
wobei das Schubmittel (21)
eine translatorische Bewegung an das Übertragungsmittel (17)
in einer ersten Richtung entlang der Achse des Übertragungsmittels (17) überträgt und das
Zugmittel (18) eine translatorische Bewegung in einer der
ersten Richtung entgegengesetzten Richtung auf das Übertragungsmittel
(17) überträgt.
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Die
Vorrichtung, die eine Drehbewegung an das Rührelement überträgt, kann ein Übertragungsmittel
(17) umfassen, das mit dem zweiten Ende (12B)
des Rührelements
(12) verbunden ist, wobei das Übertragungsmittel (17)
ein Antriebsgetriebe (22) aufweist, das durch ein an einem
Motor (24) befestigtes Motorgetriebe (23) angetrieben
wird.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfassen in dem Rührelement
(12) außerdem:
- – das
erste Ende (12A) des Rührelements
(12) umfasst eine Stange (16) und das zweite Ende (12B)
des Rührelements
(12) eine Lamelle (15), welche auf sich selbst
zurückgebogen
ist, um eine entlang der durch die Öffnung (4A, 4B)
gehenden Achse langgestreckte Schleife zu bilden, wobei die Lamelle
(15) Blätter
(15A) umfasst, die von der Innenoberfläche der in Richtung der Achse gebogenen
Lamelle (15) vorragen,
- – die
Vorrichtung, die an das Rührelement
(12) eine Vor- und Zurückbewegung überträgt, ein Übertragungsmittel
(17), das mit dem zweiten Ende (12B) des Rührelements
(12) verbunden ist, ein Schubmittel (21), ein
Zugmittel (18), wobei das Schubmittel (21) eine
translatorische Bewegung in einer ersten Richtung entlang der Achse
des Übertragungselements
(17) auf das Übertragungselement
(17) überträgt, und
das Zugmittel (18) eine translatorische Bewegung in einer
der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung auf das Übertragungselement
(17) überträgt,
- – die
Vorrichtung, die eine Drehbewegung auf das Rührelement (12) überträgt, ein Übertragungsmittel
(17), das mit einem zweiten Ende (12B) des Rührelements
(12) verbunden ist, wobei das Übertragungsmittel (17)
ein Antriebsgetriebe (22) umfasst, das von einem an einem
Motor (24) befestigten Motorgetriebe (23) angetrieben
wird.
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Das Übertragungsmittel
kann beispielsweise ein Balken, ein Baum oder ein Rotor sein.
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Das
Schubmittel kann beispielsweise ein pneumatischer oder hydraulischer
Zylinder sein.
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Das
Zugmittel kann vor allem eine Feder oder ein zweiter pneumatischer
oder hydralischer Zylinder sein.
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Dem
Fachmann wird klar sein, dass viele Arten von Materialien für das Rührelement
(12) verwendet werden können.
Das Rührelement
(12) wird vorzugsweise aus Folienmaterial gefertigt.
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In
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
(1) können
das Schüttelmittel
und/oder das Rührelement (12)
außerdem
abhängig
von den von dem Überprüfungsmittel
(6) bereitgestellten Steuermessungen und gegebenenfalls
abhängig
von den Merkmalen des Pulvers (3) durch eine Software gesteuert
werden.
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Der
Behälter
(2) kann auch mit einem Rakel (13) versehen sein,
womit das sich am Boden des Behälters
(2) befindliche Pulver (3) gerakelt werden kann,
um die Ausgabe bei Betrieb des Behälters (2) zu erleichtern.
Dieser Rakel (13) kann beispielsweise eine gekrümmte Klinge
sein, die vorzugsweise um eine senkrechte Achse des Behälters (2)
schwenkbar angebracht ist. Bei dem Rakel (13) kann es sich
auch um eine Drehbürste
handeln. Diese Drehbürste
kann insbesondere auf einer Achse parallel zu der Ebene, die durch
die einstellbare Öffnung
(4A, 4B) definiert wird, positioniert und in Drehung
gebracht werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann auch mit einer oder mehreren antielektrostatischen Vorrichtungen
gekoppelt sein, die ein elektrisches Feld erzeugen, welches die
Ausgabe des Pulvers begünstigt.
Ohne Bezug auf eine bestimmte Theorie geht die Anmelderin davon
aus, dass die zu dosierenden Pulver natürlich geladen sind und dass
die Reibung der Körner
des zu dosierenden Produkts an den Elementen der Vorrichtung Ladungen
erzeugt. Die Ladungen führen
Kräfte
ein, die insbesondere zur Agglomeration der Körner dazwischen oder zu einer Magnetisierung
der im Kontakt mit den Elementen der Vorrichtung (1) befindlichen
Körner
führt.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) mit
mindestens einer anti-elektrostatischen Vorrichtung ausgerüstet, welche
an dem Ausgang der einstellbaren Öffnung (4A, 4B)
an dem Behälter
(2) platziert ist und ein elektrisches Feld erzeugt, welches die
Kanalisierung der Bewegung der Partikel gestattet. Zur Abdeckung
der gesamten Öffnung
der Ausgabe werden vorzugsweise zwei anti-elektrostatische Vorrichtungen verwendet.
Eine anti-elektrostatische Vorrichtung kann eine ionisierende, spitze
Sonde sein, die beispielsweise ein elektrisches Feld mit 4 kV erzeugt.
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Ein
Verfahren zur Dosierung des Pulvers, welches die erfindungsgemäße Vorrichtung
(1) umsetzt, kann einen oder mehrere der folgenden Schritte
umfassen:
- – Platzierung
des Behälters
(2) in Dosierposition,
- – Öffnen der
einstellbaren Öffnung
(4A, 4B) durch die Einstellmittel (5),
- – Vibrieren
und/oder Schütteln
des Behälters
(2),
- – Messen
der Menge des ausgegebenen Pulvers (3) durch das Überprüfungsmittel
(6),
- – öffnen oder
Schließen
der einstellbaren Öffnung (4A, 4B)
durch die Einstellmittel (5) abhängig von der durch das Überprüfungsmittel
(6) zurückgegebenen
Messung,
- – Einstellen
der Mittel zum Vibrieren und/oder Schütteln des Behälters (2)
abhängig
von der durch das Überprüfungsmittel
(6) zurückgegebenen
Messung.
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Wenn
eine Dosierung abgeschlossen ist, wird der Behälter (2) gegebenenfalls
mittels einer für diesen
Zweck vorgesehen Kappe (7) abgedeckt.
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1 ist
eine Gesamtansicht einer Ausführungsform
der Vorrichtung (1) im Betriebsmodus. Der Behälter (2),
welcher das Pulver (3) enthält, befindet sich in Dosierposition
und wird im Schnitt dargestellt. Der Behälter (2) ist mit den
Einstellmitteln (5) der einstellbaren Öffnung (4A, 4B)
verbunden. Das Pulver wird über
diese einstellbare Öffnung
(4A, 4B) in ein unter dem Behälter (2) angeordnetes
Dosierfach dosiert. Dieses Dosierfach wird auf das Überprüfungsmittel
(6) platziert, welches hier durch eine Präzisionswaage
dargestellt ist. Das Überprüfungsmittel
(6) befindet sich in Beziehung zu den Einstellmitteln (5). In
dieser Figur wird der Behälter
(2) durch ein Vibrationsmittel (27) des Behälters (2)
gehalten. Dieses Vibrations- und/oder
Schüttelmittel
ist in dieser Figur eine Haltegabel (27, 28).
Das Vibrations- und/oder Schüttelmittel
ist hier kombiniert, das heißt,
es ist ein einziges Element.
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2 ist
eine auseinandergezogene Ansicht einer Ausführungsform eines zweiteiligen
Behälters (2)
und einer scheffelartigen Öffnung
(4A, 4B). Die Kappe (7) wurde von dem
Deckel (9) abgezogen. Der Scheffel (4B) wird in
die Aufnahme des Deckels (9) platziert und wirkt mit dem Übertragungselement
(11) zusammen. Der Deckel (9) wurde aus dem Aufnahmeteil
(8) geschraubt.
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3 ist
eine Schnittansicht eines zweiteiligen Behälters (2). In dieser
Figur wird der Behälter (2)
mit seiner einstellbaren Öffnung
(4A, 4B) nach oben dargestellt, das heißt, wenn
er nicht in Betrieb ist. Außerdem
bedeckt die Kappe (7) den Deckel (9). Der Scheffel
(4B) ist entlang einer zum Blatt rechtwinkligen Achse dargestellt.
Die kreuzförmige
buchsenartige Aussparung ist erkennbar, welche mit dem kreuzförmigen steckerartigen
Ende des Übertragungselements
(11) zusammenwirkt.
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4 ist
eine auseinandergezogene Ansicht der Ausgabefläche des Deckels (9)
aus 2. Die scheffelartige Öffnung (4A, 4B)
umfasst eine dreieckige Öffnung
(4A) und einen Scheffel (4B), der sich nicht in
der Aufnahme des Deckels (9) befindet. Das Übertragungselement
(11) wurde aus dem Scheffel (4B) herausgezogen. 13 ist
eine weitere perspektivische Schnittansicht der dreieckigen Öffnung (4A).
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5 ist
eine Ansicht der Ausgabefläche des
Deckels (9) nach der Montage. In dieser Ansicht ist der
nicht sichtbare Scheffel (4B) in dem Deckel (9) platziert
und wirkt mit der Öffnung
(4A) zusammen. Das Übertragungselement
(11) wird aus der kreuzförmigen Ausnehmung des Scheffels
(4B) herausgezogen gezeigt.
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6 ist
eine Schnittansicht des betriebsbereiten Behälters (2). Der Deckel
(9) ist in den Aufnahmeteil (8) um die Dichtung
(10) eingeschraubt. Der Trichter (14) versorgt
die einstellbare Öffnung
(4A, 4B). Ein durch einen rückziehbaren Stift (28)
dargestelltes Schüttelmittel
(28) ist an der Seite des Behälters (2) angeordnet,
um ein Schütteln
des Behälters (2)
zu gestatten.
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7A, 8A, 9A, 10A und 7B, 8B, 9B und 10B veranschaulichen die Betriebsweise eines Behälters (2)
während des
Dosiervorgangs.
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Die 7A, 8A, 9A und 10A sind Schnittansichten eines Behälters (2)
und sind parallel zu den 7B, 8B, 9B und 10B, welches Ansichten von der inneren Oberfläche desselben
Behälters
(2) sind.
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Vor
Beginn der Dosierung ist die einstellbare Öffnung (4A) in den 7A und 7B vollkommen geschlossen.
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Bei
Beginn der Dosierung (8A und 8B) wird
der Scheffel (4B) um seine Achse geschwenkt und öffnet die
einstellbare Öffnung
(4A) leicht, welche das Pulver (3) mit sehr schwachem Durchfluss
abgibt.
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In
den 9A und 9B schwenkt
der Scheffel (4B) weiter und öffnet den Zugang zu der einstellbaren Öffnung (4A)
weiter. Der Durchfluss des Pulvers (3) ist somit größer.
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Schließlich öffnet der
Scheffel (4B) in den 10A und 10B vollkommen den Zugang zu der einstellbaren Öffnung (4A),
wodurch der Durchfluss des abgegebenen Pulvers (3) nun
maximal ist.
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11 ist
eine Schnittansicht einer Ausführungsform
eines Behälters
(2), die eine konische zylindrische Öffnung zu dem Scheffel (4A, 4B)
und ein Rührelement
(12) umfasst.
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12 ist
eine Perspektivansicht des in 11 dargestellten
Rührelements
(12).
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In
diesen Figuren ist das Rührelement
(12) entlang einer durch die Öffnung (4A, 4B)
verlaufenden Achse angeordnet. Das Rührelement umfasst ein erstes
Ende (12A), das in der Nähe der Mittelebene der Öffnung (4A, 4B)
angeordnet ist, und ein zweites Ende (12B), das entgegengesetzt
zu dem ersten Ende (12A) ist. Das erste Ende (12A)
des Rührelements
(12) ist eine Stange (16) und das zweite Ende (12B)
des Rührelements
(12) ist eine Lamelle (15), die auf sich selbst
zurückgebogen
ist, um eine entlang der durch die Öffnung (4A, 4B)
verlaufenden Achse langgestreckte Schleife zu bilden. Die Lamelle (15)
umfasst Blätter
(15A), die von der inneren Oberfläche der Lamelle (15),
welche in der Richtung der Achse zurückgebogen ist, vorragen.
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Dieses
zweite Ende ist mit einer Vorrichtung verbunden, die an das Rührelement
(12) eine Vor- und Zurückbewegung
entlang der durch die Öffnung (4A, 4B)
verlaufenden Achse und eine Drehbewegung um die durch die Öffnung (4A, 4B)
verlaufende Achse überträgt. Die
Vorrichtung, die an das Rührelement
eine Vor- und Zurückbewegung überträgt, umfasst
ein Übertragungsmittel
(17), das mit dem zweiten Ende (12B) des Rührelements
(12) verbunden ist, ein Schubmittel (21) und ein
Zugmittel (18).
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Das
Schubmittel (21) ist hier ein Zylinder und das Zugmittel
ist eine Feder (18), die in einem Federgehäuse (20)
angeordnet ist.
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Der
Zylinder (21) überträgt eine
translatorische Bewegung an das Übertragungsmittel
(17) über eine
Fläche
(19) in einer ersten Richtung entlang der Achse des Übertragungsmittels
(17). Das Übertragungsmittel
(17) überträgt somit
eine translatorische Bewegung in einer ersten Richtung an das Rührelement
(12). In seiner translatorischen Bewegung treibt das Übertragungsmittel
(17) (hier ein Balken) das daran befestigte Antriebsgetriebe
(22) an. Der Antrieb (22) verlagert sich somit
bezüglich
des Antriebs (23).
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Durch
die translatorische Bewegung drückt der
Zylinder (21) die Feder (18) aus ihrer Ruhestellung
in eine komprimierte Stellung. Wenn der Zylinder (21) aufhört zu wirken
und keine Kraft mehr auf die Feder (18) ausübt, kehrt
die Feder (18) in ihre Ruhestellung zurück, indem sie eine translatorische
Bewegung auf das Übertragungsmittel
(17) entlang einer Richtung überträgt, die der durch den Zylinder (21) übertragenen
Verlagerungsrichtung entgegengesetzt ist. Bei Wiederholung der Betätigung des
Zylinders (21) und der Feder (18) wird eine Vor-
und Zurückbewegung
des Rührelements
(12) und der Stange (16) bewirkt.
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Die
Stange (16) verschiebt sich dadurch translatorisch entlang
der Achse des Rührelements (12)
in der Öffnung
(4A, 4B). Dies führt dazu, dass die Öffnung (4A, 4B)
versorgt oder gestopft wird, was besonders im Fall sehr kohäsiver Pulver,
die schwierig zu dosieren sind, interessant ist. Die Länge der Stange
(16) kann ausreichend sein, um die Mittelebene der Öffnung (4A, 4B)
zu durchqueren und einige Millimeter aus dem Behälter (2) zu ragen.
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Das Übertragungsmittel
(17) umfasst außerdem
ein Antriebsgetriebe (22), welches von einem Motorgetriebe
(23), das an einem Motor (24) befestigt ist, angetrieben
wird. Dadurch weist das Rührelement
(12) nicht nur eine translatorische Bewegung entlang seiner
Achse, sondern auch eine Drehbewegung entlang derselben Achse auf.
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Ein
Kugeln (26) umfassendes Kugellager (25) führt die Übertragungsmittel
(17) in ihrer translatorischen und Drehbewegung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
(1) eignet sich insbesondere für die Umsetzung in einem Verfahrensschritt
zur Feindosierung von Pulver. Die Vorrichtung (1) eignet
sich außerdem
sehr für
eine Verwendung bei der Feindosierung von Pulver.