DE102004046875A1

DE102004046875A1 - Vorrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102004046875A1
Application number: DE200410046875
Authority: DE
Inventors: Walter Boehringer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2006-04-13
Also published as: WO2006034898A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit vorgeschlagen, umfassend mindestens einen mit einem Flüssigkeitszuführkanal (42) versehenen Pumpenblock (14), in dem mindestens eine Abfüllspur ausgebildet ist, die eine Fülldüse (20) und einen Pumpenzylinderraum (22) umfasst, in dem ein mittels einer Bewegungseinheit (26) angetriebener Pumpenkolben (24) axial verschiebbar geführt ist, so dass wahlweise Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitszuführkanal (42) in den Pumpenzylinderraum (22) angesaugt oder zu der Fülldüse (20) gefördert wird. Zwischen dem Pumpenkolben (24) und der Bewegungseinheit (26) ist ein Kraftmesssensor (32) angeordnet, mittels dessen auf den Pumpenkolben (24) wirkende Zug- und Druckkräfte ermittelbar sind (Figur).

Description

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der Praxis bekannt und kann insbesondere zum Befüllen von Gelatinekapseln mit einer dünn- oder dickflüssigen Flüssigkeit hoher oder auch geringer Viskosität eingesetzt werden.

Die bekannte Vorrichtung umfasst einen Pumpenblock, in dem ein Flüssigkeitszufuhrkanal sowie eine Vielzahl so genannter Abfüllspuren ausgebildet sind, die gleichzeitig bzw. parallel zur Befüllung jeweils einer Kapsel eingesetzt werden können.

Jede Abfüllspur umfasst einen in einer Durchgangsbohrung axial verschiebbaren Steuerschieber, der mit einer Fülldüse versehen ist, sowie einen Pumpenzylinderraum, in dem ein Pumpenkolben axial verschiebbar geführt ist. In Abhängigkeit von einer Steuerstellung des Steuerschiebers kann mittels des Pumpenkolbens Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitszufuhrkanal in den Pumpenzylinderraum angesaugt oder aus letzterem über eine Förderbohrung des Steuerschiebers zu der Fülldüse gefördert und von dort in die Kapsel bzw. eine noch zu verschließende Kapselhälfte eingefüllt werden. Die Pumpenkolben der einzelnen Abfüllspuren der Abfüllvorrichtung sind mittels einer gemeinsamen, über eine rechenartige Kupplungseinrichtung angebundene Bewegungseinheit betätigbar. Bei der bekannten Vorrichtung können im Betrieb nur schwer Aussagen hinsichtlich eines ordnungsgemäßen Arbeitens der einzelnen Abfüllspuren gemacht werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1, bei der zwischen dem Pumpenkolben und der Bewegungseinheit ein Kraftmesssensor angeordnet ist, mittels dessen auf den Pumpenkolben wirkende Zug- und Druckkräfte ermittelbar sind, hat den Vorteil, dass bei einem Abfüllvorgang eine exakte Prozessüberwachung hinsichtlich eines mittels der betreffenden Abfüllspur durchgeführten Ansaug- bzw. Dosiervorgangs möglich ist, da sowohl dem Ansaugvorgang als auch dem Dosiervorgang jeweils ein charakte ristischer, auf den Pumpenkolben wirkender Kraftverlauf zugeordnet werden kann. Ein mittels der Vorrichtung nach der Erfindung durchgeführter Abfüllprozess kann damit genau überwacht werden.

So kann mittels des Kraftmesssensors eine Kraft/Zeit-Kurve aufgenommen werden, die mit einer beispielsweise bei einem Testlauf ermittelten Reverenzkurve verglichen werden kann. Durch den Vergleich kann beispielsweise ein allgemeiner Verschleiß der Vorrichtung, ein Bruch einer Dichtung der Vorrichtung, eine Schwergängigkeit des Pumpenkolbens, eine Ausbildung von Luftblasen oder dergleichen in dem abzufüllenden Medium oder auch eine Temperaturschwankung des abzufüllenden Mediums erkannt werden. Auch kann durch Auswertung des Kurvenverlaufs eine mittels der Fülldüse ausgeförderte Füllmenge überwacht werden. Des Weiteren kann durch Auswertung der Kraft-Zeit-Kurve eine Kontrollkalibrierung zwischen einzelnen Abfüllschritten gegebenenfalls automatisch durchgeführt werden.

Grundsätzlich eignet sich die Vorrichtung nach der Erfindung zum dosierten Abfüllen beliebiger Flüssigkeiten in dafür vorgesehene Behältnisse. So können sehr dünnflüssige oder auch im Wesentlichen parafinartige Medien mittels der Vorrichtung nach der Erfindung in dosierter Weise abgefüllt werden. Die Vorrichtung nach der Erfindung dient jedoch insbesondere zum Abfüllen flüssiger pharmazeutischer Produkte in dafür vorgesehene Behältnisse, wie beispielsweise Kapseln.

In der Regel umfasst die Vorrichtung nach der Erfindung eine Vielzahl gleichzeitig und parallel betreibbarer Abfüllspuren, die mittels einer gemeinsamen Bewegungseinheit betätigbar sind. Zwischen der Bewegungseinheit und jedem, jeweils einer Abfüllspur zugeordneten Pumpenkolben ist dann ein Kraftmesssensor angeordnet. Dies ermöglicht es, dass die an den einzelnen Pumpenkolben auftretenden Kraftverläufe miteinander verglichen werden können. Dadurch kann frühzeitig auf ein etwaig fehlerhaftes Arbeiten einer oder auch mehrerer der Abfüllspuren geschlossen werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist der Kraftmesssensor zwischen der mit einer Antriebseinrichtung versehenen Bewegungseinheit und einem dem betreffenden Pumpenkolben zugeordneten Adapterelement eingespannt. Das Adapterelement schützt den Kraftmesssensor vor gegebenenfalls schädigenden Scherkräften.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist der Kraftmesssensor mittels eines Zugankers mit einer definierten Druckkraft vorgespannt. Die Differenz zwischen dieser definierten Druckkraft und der bei einer Betätigung des Pumpenkolbens anfallenden Zug- bzw. Druckkraft kann dann beispielsweise als in Form einer Spannung vorliegendes Messsignal durch den Kraftmesssensor ermittelt werden. Das Messsignal kann dann in geeigneter Weise ausgewertet und analysiert werden.

Bei einer besonders verschleißbeständigen Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist der Kraftmesssensor aus einem piezoelektrischen Messelement gebildet. Infolge von Zug- oder Druckkräften fallen dann an dem piezoelektrischen Messelement Ladungen an. Ein derartiges Messelement zeigt ein sehr schnelles Ansprechverhalten sowie in der Regel einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine hohe mechanische Belastbarkeit.

Denkbar ist es natürlich auch, dass alternativ zu dem piezoelektrischen Messelement beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen oder dergleichen als Kraftmesssensor eingesetzt wird.

Um die Signalverarbeitung automatisiert durchführen zu können, ist der Kraftmesssensor vorzugsweise mit einer Auswerteeinrichtung verbunden. Insbesondere bei Verwendung eines piezoelektrischen Messelements als Kraftmesssensor ist es vorteilhaft, wenn der Auswerteeinrichtung ein Ladungsverstärker vorgeschaltet ist. Ein solcher erhöht die Auswertegenauigkeit.

Zur visuellen Betrachtung bzw. Überwachung der Messsignale kann die Auswerteeinrichtung mit einer Messwertanzeigeeinrichtung versehen sein.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Abfüllvorrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung 10 dargestellt, die zum gleichzeitigen Befüllen mehrerer, aus Gelatine gefertigter Kapselhälften 12 mit einem pharmazeutischen Produkt dient. Die Kapselhälften 12 müssen nach dem Befüllvorgang mit einem korrespondierenden, hier nicht dargestellten Gegenstück verschlossen werden.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Abfüllspuren, mit denen jeweils eine Kapselhälfte 12 einer Gelatinekapsel befüllt werden kann. In der Zeichnung ist stellvertretend für die anderen Abfüllspuren eine dieser Abfüllspuren dargestellt.
Die Vorrichtung 10 umfasst einen Pumpenblock 14, der für jede Abfüllspur von einem Steuerschieber 18 durchgriffen ist, der in einer als Durchgangsbohrung ausgebildeten Steuerbohrung 16 axial verschiebbar geführt ist. Der Steuerschieber 18 ist an seinem in der Zeichnung unten dargestellten Ende mit einer Fülldüse 20 versehen. An dem der Fülldüse 20 abgewandten Ende greift an dem Steuerschieber 18 eine nicht näher dargestellte Betätigungseinrichtung an.
Rechtwinklig zur Achse der Steuerbohrung 16 ist in dem Pumpenblock 14 ein Pumpenzylinderraum 22 ausgebildet, in dem ein mit einer Dichtung versehener Pumpenkolben 24 axial verschiebbar geführt ist. Der Pumpenzylinderraum 22 mündet in die Steuerbohrung 16. Der Pumpenkolben 24 ist mittels einer mit einer Antriebseinrichtung versehenen Bewegungseinheit 26 betätigbar, die auf sämtliche Abfüllspuren der Vorrichtung 10 wirkt. Zur Kupplung der Bewegungseinheit 26 mit den Kolben 24 der einzelnen Abfüllspuren ist jeweils ein Kupplungselement 28 vorgesehen, das mit einem Adapterstück 30 kraftschlüssig verbunden ist.
Zwischen dem Adapterstück 30 und der Bewegungseinheit 26 ist für jede Abfüllspur ein Kraftmesssensor 32 vorgesehen, der aus einem piezoelektrischen Messelement gebildet ist und mittels einer als Zuganker wirkenden Schraube 34 mit einer definierten Druckkraft vorgespannt ist. Die Schraube 34 durchgreift die Betätigungseinheit 26 und den Kraftmesssensor 32 und greift in das Adapterteil 30 ein.
Der Kraftmesssensor 32 ist über eine Messleitung 36 mit einer Auswerteeinrichtung 28 versehen, der ein nicht näher darge stellter Ladungsverstärker vorgeschaltet ist. Die Auswerteeinrichtung 38 ist wiederum mit einer Messwertanzeigeeinrichtung 40 versehen. Auf einem Display der Messwertanzeigeeinrichtung 40 ist ein mittels des Kraftmesssensors 32 ermittelter zeitlicher Verlauf der auf den Pumpenkolben 24 wirkenden Kräfte darstellbar.
Der Pumpenblock 14 ist des Weiteren mit einem Flüssigkeitszufuhrkanal 42 versehen, der über eine Abzweigung 44 mit der Steuerbohrung 16 derart verbunden ist, dass bei entsprechender Stellung des Steuerschiebers 18 über eine am Umfang des Steuerschiebers 18 angeordnete Steueraussparung 46 eine Verbindung zu dem Pumpenzylinderraum 22 hergestellt ist.
In dem Steuerschieber 18 ist zudem ein Förderkanal 48 ausgebildet, über den bei einer entsprechenden Stellung des Steuerschiebers 18 eine Verbindung zwischen dem Pumpenzylinderraum 22 und der Fülldüse 20 besteht.
Der Steuerschieber 18 und die Bewegungseinheit 26 sind auf elektronische oder mechanische Weise synchronisiert betätigbar.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
Zum Ansaugen des pharmazeutischen Produkts aus dem Flüssigkeitszufuhrkanal 42 in den Pumpenzylinderraum 22 nimmt der Steuerschieber 18 die in der Zeichnung dargestellte Stellung ein. Die Bewegungseinheit 26 zieht dann über den vorgespannten Zuganker 34, das Adapterteil 30 sowie das mit diesem verbundene Kupplungselement 28 den Pumpenkolben 24 in eine in der Zeichnung mit einem Pfeil d gekennzeichnete Richtung. Dadurch wird Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitszufuhrkanal 42 über die Steueraussparung 46 des Steuerschiebers 18 in den Pumpenzylinderraum 22 gesaugt. Der Kraftmesssensor 32 wird durch diese Bewegung der Bewegungseinheit 26 entlastet, was zu einem Spannungsabfall führt.
Anschließend wird der Steuerschieber 18 gemäß einem Pfeil b in Füllstellung verfahren, so dass die Steueraussparung 46 verschlossen ist und der Förderkanal 48 mit dem Pumpenzylinderraum 22 in Verbindung steht. Dann wird die Bewegungseinheit 26 gemäß einem Pfeil c mit sämtlichen mit ihr verbundenen Bauteilen, d. h. mit dem Kraftmesssensor 32, dem Adapterteil 30 dem Kupplungselement 28 und damit dem Pumpenkolben 24 in Richtung c verschoben, wodurch die in dem Pumpenzylinderraum 22 enthaltene Flüssigkeit durch den Förderkanal 48 zu der Fülldüse 20 und dadurch in eine Kapselhälfte 12 der Gelatinekapsel eingefördert wird. Dadurch erhöhen sich die auf den Kraftmesssensor wirkenden Kräfte, was zu einer Spannungserhöhung führt.
Während des Saug- bzw. Dosiervorgangs entstehen an dem Kupplungselement 28 und dem Adapterstück 30 bzw. an der Bewegungseinheit 34 Zug- bzw. Druckkräfte. Da der Kraftmesssensor 32 mit einer definierten Druckkraft vorgespannt ist, kann eine Kraftdifferenz ΔF als Messspannung ΔV von dem Kraftmess sensor 32 über die Messleitung 36 an den Ladungsverstärker und die Auswerteeinrichtung 38 übermittelt und als Signal an der Anzeigeeinrichtung 40 in Form einer Kraft/Zeit-Kurve dargestellt werden.

Claims

Vorrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit, umfassend mindestens einen mit einem Flüssigkeitszuführkanal (42) versehenen Pumpenblock (14), in dem mindestens eine Abfüllspur ausgebildet ist, die eine Fülldüse (20) und einen Pumpenzylinderraum (22) umfasst, in dem ein mittels einer Bewegungseinheit angetriebener Pumpenkolben (24) axial verschiebbar geführt ist, so dass wahlweise Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitszufuhrkanal (42) in den Pumpenzylinderraum (22) angesaugt oder aus dem Pumpenzylinderraum (22) zu der Fülldüse (20) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pumpenkolben (24) und der Bewegungseinheit (26) ein Kraftmesssensor (32) angeordnet ist, mittels dessen auf den Pumpenkolben (24) wirkende Zug- und Druckkräfte ermittelbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmesssensor (32) zwischen einem mit einem Kupp lungselement (28) zusammenwirkenden Adapterstück (30) und der Bewegungseinheit (26) eingespannt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmesssensor (32) mittels eines Zugankers (34) mit einer definierten Druckkraft vorgespannt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmesssensor (32) ein piezoelektrisches Messelement ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmesssensor (32) mit einer Auswerteeinrichtung (38) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Kraftmesssensor (32) verbundenen Auswerteeinrichtung (38) ein Ladungsverstärker zugeordnet bzw. vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Kraftmesssensor (32) verbundene Auswerteeinrichtung (38) mit einer Messwertanzeigeeinrichtung (40) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Abfüllspuren, die mit tels einer gemeinsamen Bewegungseinheit (26) betätigbar sind.