DE102005046627A1

DE102005046627A1 - Dosiereinheit zum Dosieren eines Substrats

Info

Publication number: DE102005046627A1
Application number: DE102005046627A
Authority: DE
Inventors: Thomas Brinz; Jane Lewis; Markus Tiefenbacher; Thomas Geiger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-05
Also published as: GB2430665A8; US20070080179A1; GB0619073D0; GB2430665A

Abstract

Es wird eine Dosiereinheit zum Dosieren einer Substanz, insbesondere eines Pulvers, mit einem Speicherbehälter (5) zum Speichern der Substanz und einer um eine Drehachse (3) drehbaren Dosiervorrichtung (4), wobei eine Abgabeöffnung (2) zum Abgeben der zudosierten Substanz vorgesehen ist, vorgeschlagen, die im Vergleich zum Stand der Technik höhere Anforderungen an die Dosiergenauigkeit erfüllt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass wenigstens ein Verschlusselement (1) zum vollständigen Verschließen der Abgabeöffnung (2) am untersten Endabschnitt der Dosiervorrichtung (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiereinheit zum Dosieren eines Substrats, insbesondere eines Pulvers, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Kombinatorischen Chemie ist das Dosieren unzähliger, unterschiedlichster Proben notwendig. Beispielsweise werden für einen Versuch etwa 100 unterschiedlichste Proben gebraucht. Dies erfordert eine möglichst automatisierte Dosierung mit hoher Messgenauigkeit der zu dosierenden Mengen. Hierbei handelt es sich im Allgemeinen um sehr kleine Mengen, was besonders hohe Anforderungen an die Dosiergenauigkeit stellt.

Beispielsweise sind aus der WO 02/29371 A1 sowie WO 02/090896 A2 Vorrichtungen mit einer Dosiereinrichtung bzw. Pulverdosiergeräte bekannt, wobei mittels einem sich rotierenden Dosierelement, insbesondere einer Dosierschnecke, Pulver bzw. Substrate aus einem Vorratsbehälter entsprechend dosiert werden können.

Bei diesen Dosiervorrichtungen wird der über der Dosierschnecke angeordnete Vorratsbehälter quasi durch die Dosierschnecke erschlossen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass eine Schnecke kein vollständiges Verschließen einer entsprechenden Dosieröffnung verwirklicht, so dass bei derartigen Dosiervorrichtungen nach dem Rotieren der Dosierschnecke, d.h. im Augenblick des Stillstandes nach dem Dosieren bzw. Drehen der Spindel, Pulver bzw. Substrat nachrieselt, wodurch die Dosierung einer sehr genau definierten Menge nur bedingt möglich ist.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Dosiereinheit zum Dosieren einer Substanz, insbesondere eines Pulvers, mit einem Speicherbehälter zum Speichern der Substanz und einer um eine Drehachse drehbaren Drehvorrichtung, wobei eine Abgabeöffnung zum Abgeben der zu dosierenden Substanz vorgesehen ist, vorzuschlagen, die im Vergleich zum Stand der Technik höhere Anforderungen an die Dosiergenauigkeit erfüllt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Dosiereinheit der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung dadurch aus, dass wenigstens ein Verschlusselement zum vollständigen Verschließen der Abgabeöffnung am untersten Endabschnitt der Dosiervorrichtung angeordnet ist. Hiermit wird in eleganter Weise ein unbeabsichtigtes Nachrieseln nach dem Dosiervorgang bzw. nach dem Rotieren der drehbaren Dosiervorrichtung, vollständig vermeidbar. Dementsprechend erhöht sich die Genauigkeit des Dosierens, was gerade bei einer Anwendung in der Kombinatorischen Chemie von wesentlicher Bedeutung ist.

Offensichtlich wurde es bislang beim Stand der Technik als ausreichen angesehen, dass die vergleichsweise klein ausgebildete Dosierschnecke und der hiermit verbundenen, relativ kleinen Querschnitt, insbesondere freie Querschnitt, des Dosiersystems insbesondere beim Dosieren von Pulver dazu führt, dass das Pulver im Dosierkanal der Schnecke quasi verklumpt und somit ein Stoppen des Dosiervorgangs realisiert werden kann. Dies mag zwar bei weniger genau zu dosierenden Substraten ausreichend sein, gemäß der Erfindung kann jedoch ein entscheidend genaueres Abmessen der zu dosierenden Menge verwirklicht werden.

In einer besonderen Variante der Erfindung ist die drehbare Dosiervorrichtung, die insbesondere als Dosierschnecke oder dergleichen verwirklicht ist, derart ausgebildet, dass die Drehachse im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Hiermit ist eine besonders einfache Anordnung bzw. Ausrichtung der Dosiervorrichtung und ein vorteilhaftes Abgeben der zu dosierenden Substanz verwirklichbar.

Vorteilhafterweise ist eine Verstellstrecke des Verschlusselementes längs in Richtung der Drehachse ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Verstellung des Verschlusselementes von besonderem Vorteil ist und/oder ein besonders schnelles bzw. wirkungsvolles Verschließen der Abgabeöffnung verwirklicht werden kann. Dementsprechend wird die Genauigkeit des Dosiervorgangs weiter verbessert.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine mechanische starre Kopplung zwischen der Dosiervorrichtung und dem Verschlusselement vorgesehen. Mit Hilfe dieser Maßnahme kann das Verschließen bzw. der Verschlussvorgang exakt kontrolliert werden. Beispielsweise kann auch eine besonders schnelle Verstellung des Verschlusselementes zum Verschließen der Abgabeöffnung erreicht werden, ohne dass ein Schlupf beispielsweise zwischen der Dosiervorrichtung und dem Verschlusselement entsteht. Diese Maßnahme verbessert weiterhin das Verschließen der Abgabeöffnung bzw. des Speicherbehälters, was zu einer weiteren Verbesserung des Dosiervorganges führt.

Beispielweise ist das Verschlusselement ein separates Element. Gegebenenfalls ist eine Dosierschnecke als wesentliche Komponente der Dosiervorrichtung und zusätzlich ein separates Verschlusselement vorgesehen. Hiermit kann beispielsweise eine Entkopplung des Beförderns bzw. Dosierens der Substanz aus dem Speicherbehälter und dem Verschließen bzw. Öffnen der Abgabeöffnung bzw. des Speicherbehälters verwirklicht werden. Dies kann in besondere Anwendungsfällen von besonderem Vorteil sein.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist das Verschlusselement ein Element der Dosiervorrichtung. Hiermit wird in eleganter Weise eine mechanisch starre Kopplung zwischen der Dosiervorrichtung und dem Verschlusselement ohne großen Aufwand realisierbar. Beispielsweise ist das Verschlusselement unmittelbar an der Dosiervorrichtung fest fixiert, z.B. angeschraubt, verschweißt, vernietet, angeklebt, etc.. In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist das Verschlusselement einstückig mit der Dosiervorrichtung, insbesondere der Dosierschnecke, ausgebildet.

Vorteilhafterweise umfasst die Dosiervorrichtung ein Verstellelement zum Verdrehen der Dosiervorrichtung und zum Verstellen des Verschlusselementes. Beispielsweise wird mit Hilfe eines einzigen Verstellelementes sowohl die Substanz aus dem Speicherbehälter dosiert und zugleich kann durch das selbe Verstellelement die Abgabeöffnung wirkungsvoll verschlossen bzw. geöffnet werden. Hierdurch wird der konstruktive Aufwand und auch der Handhabungsaufwand vor allem beim Einsatz in der Kombinatorischen Chemie entscheidend verringert. Beispielsweise kann mittels eines Handhabungssystems oder dergleichen am Verstellelement angegriffen werden und hierdurch sowohl das Verdrehen der Dosiervorrichtung als auch das Verstellen bzw. Öffnen und Schließen des Verschlusselements bewerkstelligt werden.

Vorzugsweise weist die Dosiervorrichtung wenigstens eine Spindel bzw. Dosierschnecke auf. Hiermit ist vor allem das Dosieren von Pulvern oder dergleichen als Substrat besonders wirkungsvoll und exakt möglich. Beispielweise kann mittels der Winkelgeschwindigkeit der Dosiervorrichtung bzw. der Spindel die Dosiermenge pro Zeiteinheit ohne großen Aufwand exakt eingestellt werden.

Gerade mit Hilfe einer Spindel bzw. Dosierschnecke als Dosiervorrichtung können auch vergleichsweise große Durchsätze bzw. Dosiermengen pro Zeiteinheit verwirklicht werden. Dies verbessert weiterhin den Einsatz der erfindungsgemäßen Dosiereinheit in der Kombinatorischen Chemie.

Vorzugsweise ist das Verschlusselement am Endabschnitt der Spindel angeordnet. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Ausführungsvariante einerseits ein besonders geringer konstruktiver Aufwand als auch ein besonders exaktes Verschließen und somit Dosieren möglich ist, wobei gerade das Nachrieseln des Substrates bzw. Pulvers wirkungsvoll verhindert wird. Vorzugsweise ist ein formschlüssiger Verschluss an der Dosiereinheit bzw. der Abgabeöffnung mittels dem Verschlusselement realisiert.

Vorteilhafterweise ist die Welle der Dosiervorrichtung und/oder der Spindel als das Verstellelement des Verschlusselementes ausgebildet. Mit Hilfe dieser Maßnahme wird der konstruktive Aufwand weiter verringert. Zudem wird die Handhabung bzw. die Dosierung des Substrates verbessert.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist wenigstens eine Rückstelleinheit zum Rückstellen des Verschlusselementes und Verschließen der Abgabeöffnung in einer Ruhephase vorgesehen. Eine derartige Rückstelleinheit, die insbesondere eine Feder umfasst, gewährleistet beispielsweise, dass im Ruhezustand bzw. im nicht betätigten Zustand bzw. bei einem stromlosen Zustand die Dosiereinheit wirkungsvoll und sicher verschlossen ist. Hierdurch ist ein nicht-gewolltes Austreten des Substrates durch die Abgabeöffnung in dieser Phase sicher verhindert.

Vorzugsweise ist das Verstellelement als anzutreibendes Antriebselement eines Handlingssystems zum automatisierten Dosieren ausgebildet. Hierdurch wird die automatisierte Dosierung des Substrates, wie dies vor allem in der Kombinatorischen Chemie oder dergleichen von Vorteil ist, weiter verbessert. Beispielweise greift das Handlingsystem mittels einem entsprechenden, angepassten Element am Verstellelement an und bewirkt hierdurch einerseits das Dosieren und andererseits das Verstellen des Verschlusselements und/oder das Öffnen der Abgabeöffnung.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die Dosiereinheit als Wechselmodul eines Handlingssystems zum automatisierten Dosieren ausgebildet. Beispielweise wird bei einer Anwendung in der Kombinatorischen Chemie oder dergleichen das Wechselmodul zum Aufnehmen einer speziellen Substanz vorgesehen und zugleich jeder der gewünschten, unterschiedlichsten Substanzen eine Dosiereinheit bzw. ein weiteres Wechselmodul zugeordnet und beispielsweise an entsprechender Stelle bzw. in einem Lagerbereich bevorratet. Das Handlingsystem ergreift, beispielsweise bei entsprechenden Versuchen, ein Wechselmodul, dosiert die entsprechende Substanz in das vorgesehne Gefäß bzw. an den vorgesehen Platz, stellt das Wechselmodul zurück und ergreift sich ein nächstes Wechselmodul mit einer weiteren Substanz und sofort. Hierdurch wird gerade in der Kombinatorischen Chemie bei beispielsweise ca. 100 verschiedenen Substanzen pro Versuch dieser deutlich effizienter durchführbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigt:
1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Dosiereinheit als Wechselmodul im geschlossenen Zustand und
2 einen schematischen Aufbau der Dosiereinheit im geöffneten Zustand.
In den 1 und 2 ist schematisch eine Dosiereinheit gemäß der Erfindung dargestellt. 1 zeigt den geschlossenen Zustand, wobei ein Verschluss 1 eine Abgabeöffnung 2 sicher verschließt.
In 2 ist der Verschluss 1 längs einer Drehachse 3 einer Dosierschnecke axial verstellt. Hierdurch ist die Abgabeöffnung 2 offen, so dass ein nicht eingezeichnetes Substrat, dass in einem Speicherbehälter 5 angeordnet sein könnte, durch die Abgabeöffnung 2 ausströmen bzw. ausrieseln könnte.
Ein Vergleich der beiden Figuren zeigt, dass das Verstellen des Verschlusses 1 längs der Drehachse 3 dadurch bewerkstelligt wird, dass die Schnecke 1 am oberen Ende ein Verstellelement 6 bzw. einen Verstellbereich 6 aufweist, der mittels dem nicht näher dargestelltem Handlingssystem oder dergleichen längs der Drehachse 3 zum Öffnen nach unten verstellt werden kann (vgl. Pfeil 7).
Darüber hinaus kann das Verstellelement 6 zugleich mittels dem nicht näher dargestellten Handlingssystem oder dergleichen in Rotation gemäß einem Pfeil 8 versetzt werden, so dass die Dosierschnecke 4 Substrat aus dem Speicherbehälter 5 wirkungsvoll bzw. definiert hinausbefördern kann.
Ohne nähere Darstellung kann in einer besonderen Variante der Erfindung eine Welle 9 im Bereich des Speicherbehälters ein Element aufweisen, das beispielsweise verhindert, dass sich das im Speicherbehälter 5 gespeicherte Pulver verklumpt. Beispielsweise könnte dies als Abstreifer, Schnecke bzw. Spindel mit vergleichsweise großem Querschnitt und/oder sich veränderndem Querschnitt aufweisen. Beispielsweise könnte ein derartiges Element an den Querschnitt des Speicherbehälters 5 in vorteilhafter Weise angepasst werden. D.h. beispielsweise dass dies im oberen Bereich einen größeren Durchmesser und im unteren Bereich einen kleineren Durchmesser aufweisen könnte.
Darüber hinaus weist die Dosiereinheit gemäß den Figuren eine Rückstellfeder 10 auf, die dafür vorgesehen ist, die Welle 9 bzw. das Verschlusselement 1 im nicht betätigten Zustand bzw. in der Ruhephase selbsttätig längs der Drehachse derart zu verstellen, dass der Verschluss 1 die Abgabeöffnung 2 sicher verschließt.
Weiterhin ist eine Befüllungsöffnung 11 vorgesehen, durch die beispielsweise das nicht näher dargestellte Substrat in den Speicherbehälter 5 eingefüllt werden kann. Zudem weist die Dosiereinheit eine vorteilhafte Lagerung 12 auf, mittels der die Welle 9 bzw. die Schnecke 4 vorteilhaft gelagert werden kann.
Generell ist bei der erfindungsgemäßen Dosiereinheit von Vorteil, dass diese vergleichsweise einfach aufgebaut ist und einfach an verschiedenste Volumina anpassbar ist. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Dosiereinheit ein Nachrieseln von Substrat, insbesondere von Pulver wirkungsvoll verhindert, da insbesondere ein formschlüssiger Verschluss am Pulvergefäß verwirklicht wird.
Es ist von großem Vorteil, dass nur ein bewegliches Teil bzw. ein Verstellelement 6 zum Dosieren und Verschließen der Dosiereinheit notwendig ist und das Gefäß im nicht belasteten Zustand immer sicher verschlossen ist.
Ein besonders vorteilhafter Einsatz der erfindungsgemäßen Dosiereinheit ist die Hochdurchsatzforschung, wo es häufiger erforderlich ist, viele verschiedene Pulver ohne Reinigungsaufwand reproduzierbar zu dosieren. Beispielsweise wird pro Substrat bzw. Pulver je eine Dosiereinheit gemäß der Erfindung verwendet, so dass diese nach dem Dosiervorgang nicht gereinigt werden muss und beispielsweise mehrmals zum Dosieren des entsprechenden Pulvers verwendet werden kann.
Vorteilhafterweise ist der Speicherbehälter 5 derart ausgebildet, dass dieser ein Speichervolumen aufweist, mit dem mehrere Dosiervorgänge realisiert werden können. D.h. sein Speichervolumen entspricht einem Vielfachen eines Dosiervolumens.
Vorteilhafterweise dient die Dosiereinheit gemäß der Erfindung gleichzeitig als Pulverbevorratungsgefäß und kann manuell und/oder von einem vorteilhaften Handlingsystem angetrieben werden. Die Dosiereinheiten sind hierbei schnell wechselbar, so dass ein hoher Durchsatz mit einer als Wechselmodul ausgebildeten Einheit realisierbar ist.
Beispielsweise wird in einem geeigneten Rack viele Dosiereinheiten gemäß der Erfindung gefüllt, wobei diese jeweils Substrat bzw. Pulver bevorraten. Ein bestimmtes Pulvergefäß bzw. Dosiereinheit wird von einem Handlingsystem angefahren, gegriffen und in die Dosiereinrichtung eingelegt. Die Dosiereinheit startet, indem die Spindel 4 im Dosiergefäß in der Dosiereinheit gedreht und die Auslassöffnung über einen Spindelhub geöffnet wird. Die Dosierung erfolgt gravimetrisch und dosiert wird in ein Gefäß, Transportband oder dergleichen, welches auf einer Waage positioniert ist. Das dosierte Gewicht wird gemessen und über eine Regelschleife über die Dosiereinrichtung gemeldet.
Alternativ hierzu könnte auch die Dosiereinheit eine Waage umfassen, wobei ermittelt wird, wie viel Substrat beim Dosieren „verloren geht" (Subtraktionswiegung).
Ist das Zielgewicht erreicht, wird das Dosiergefäß bzw. die Dosiereinheit wieder verschlossen und vom Handlingsystem ins Rack zurückgestellt.
Das Dosiergefäß bzw. die Dosiereinheit ist über die Rückstellfeder 10 im unbelassenen Zustand immer sicher verschlossen. Die Dosiereinrichtung öffnet in vorteilhafter Weise die Dosiereinheit in dem z.B. eine Kraft entgegen der Federkraft aufgebracht wird und die Förderung des Pulvers bzw. Substrats erfolgt über die Schnecke 4.
Bei möglicher Brückenbildung des Substrats bzw. des Pulvers, was ein Nachrutschen bis zur Förderschnecke bzw. Dosierschnecke 4 ggf. verhindern könnte, kann über eine Vibrationseinheit oder wie bereits oben beschrieben mittels einem Abstreifelement, einer weiteren Spindel oder dergleichen Substrat zur Schnecke 4 befördert werden. Beispielsweise wird mittels dem Vibrationselement bzw. der Vibrationseinheit eine Schwingung auf die Dosiereinheit aufgebracht, so dass das Substrat in vorteilhafter Weise zur Schnecke 4 rutscht bzw. befördert wird. Beispielsweise weisen die Abstreifelemente oder dergleichen verschiedene Geometrien im Innenraum des Speicherbehälters 5 auf, so dass diese das Substrat zur Schnecke 4 befördern und/oder das Substrat auflockern, so dass ein Verklumpen wirkungsvoll verhindert wird.

Claims

Dosiereinheit zum Dosieren einer Substanz, insbesondere eines Pulvers, mit einem Speicherbehälter (5) zum Speichern der Substanz und einer um eine Drehachse (3) drehbaren Dosiervorrichtung (4), wobei eine Abgabeöffnung (2) zum Abgeben der zudosierten Substanz vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verschlusselement (1) zum vollständigen Verschließen der Abgabeöffnung (2) am untersten Endabschnitt der Dosiervorrichtung (4) angeordnet ist.
Dosiereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstellstrecke des Verschlusselementes (1) längs in Richtung der Drehachse (3) ausgebildet ist.
Dosiereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanisch starre Kopplung zwischen der Dosiervorrichtung (4) und dem Verschlusselement (1) vorgesehen ist.
Dosiereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (1) ein Element der Dosiervorrichtung (4) ist.
Dosiereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (4) ein Verstellelement (6) zum Verdrehen der Dosiervorrichtung (4) und zum Verstellen des Verschlusselementes (1) umfasst.
Dosiereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (4) wenigstens eine Spindel aufweist.
Dosiereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (1) am Endabschnitt der Spindel angeordnet ist.
Dosiereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle der Dosiervorrichtung (4) und/oder der Spindel als das Verstellelement (6) des Verschlusselementes (1) ausgebildet ist.
Dosiereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Rückstelleinheit (10) zum Rückstellen des Verschlusselementes (1) und Verschließen der Abgabeöffnung (2) in einer Ruhephase vorgesehen ist.
Dosiereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinheit (10) wenigstens eine Feder umfasst.
Dosiereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (6) als anzutreibendes Antriebselement eines Handlingsystems zum automatisierten Dosieren ausgebildet ist.
Dosiereinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit als Wechselmodul eines Handlingsystems zum automatisierten Dosieren ausgebildet ist.