CN102765556B - 用来分配测定量的自由流动物质的剂量分配设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用来分配测定量的自由流动物质的剂量分配设备，包括基底单元和至少一个接收单元，其中接收单元被如此设计，至少一个源单元可设置到接收单元中以及从其中移除，还包括至少一个作用于接收单元的致动器，接收单元相对于基底单元有可旋转活动能力地可枢转安装，并且所述设计成使接收单元产生重复双向枢转运动。基底单元和接收单元之间设置至少一个连接器单元，接收单元围绕枢轴线具有旋转活动能力地可枢转地支承在连接器单元上，连接器单元相对于基底单元有平移活动能力地可滑动支承，并且致动器设计成使基底单元产生重复双向平移运动，由此接收单元能经历重复双向枢转运动和重复双向平移运动，双向枢转运动叠加到双向平移运动上。

Description

用来分配测定量的自由流动物质的剂量分配设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于粉末形式的剂量材料的剂量分配设备，具体地说，涉及这样一种剂量分配设备，该剂量分配设备包括具有弄松容纳在剂量分配单元中的剂量材料的能力的保持器设备。

背景技术

用于粉末形式的材料的剂量分配设备特别是用来以高精度地将少量物质分配到小型目标容器中。在很多情况下，目标容器放置在天平上，以称量由剂量分配设备输送的剂量材料，从而随后可以按照给定目的来进一步处理。

待分配的剂量材料例如容纳在包括源容器和分配头的剂量分配单元中。所希望的是，通过剂量分配单元的狭窄排出孔分配剂量材料，从而可以均匀的目标流地将其填充到具有小开口直径的容器中。

理想地，粉末形式的剂量材料靠重力推进以均匀流地从小排出孔处流出，可与砂子在砂漏中的流动相比较。在该理想情况下，可以仅通过利用合适的闸板设备改变排出孔的口孔横截面来控制剂量材料的流动。不幸的是，在实践中使用的大部分材料不按理想情况表现。组成剂量材料的许多粉粒不符合理想流动特性。经常观察到，粉粒在分配过程期间凝结到一起，带来了剂量分配单元被堵塞的后果。仅可以通过机械干预消除堵塞，从而可以继续分配过程。

另外，许多粉末是可压缩的，导致了可部分或者完全阻塞排出孔的压实粉末块的形成。一典型实例是玉米淀粉，其呈现出很强的粉粒粘在一起的趋向。另外，玉米淀粉是完全可压缩的。考虑到所述特性，玉米淀粉经常被用作检验剂量分配设备的性能的试样材料。由剂量材料粘到一起和压缩性(也被称为剂量材料的“粘性”)所引起的问题已经引出了剂量分配设备(具体地说，其分配头)的许多种解决方案和设计。例如，存在分配头 部，其具有设计来将粘性剂量材料从源容器移动到分配头的排出孔的输送螺杆。现有技术还包括将剂量材料从源容器的内壁上刮下来并将其朝分配孔口推动的搅拌和刮研设备。搅拌设备还具有防止在源容器中形成所谓的剂量材料的桥接的目的。代替搅拌设备或者与其结合，在现有技术方案的已知状态中，还存在轻敲和振动设备。

在US 2006/0011653A1中公开了一种解决上述问题的可能方法。一种设计成以小于目标重量的±5％的重量公差按从几毫克到几克的量来分配粉末形式的剂量材料的剂量分配设备包括实质上由源容器和分配头组成的剂量分配单元。自连接至源容器的部分，分配头的内壁朝排出孔成圆锥形地渐缩。在工作状态中，排出孔处于剂量分配单元的底部，并且因此在源容器下面。靠重力推进，自由流动的剂量材料在剂量分配单元内部朝排出孔流动。后者设有用来调节剂量材料的流出的闸板阀门。剂量分配设备包括用于振动和/或轻敲源容器的装置，并且可能还包括能够围绕其旋转轴线旋转以及沿其旋转轴线线性运动的搅拌器设备。

在利用玉米淀粉的试验中，在试图从不同设计的剂量分配单元分配材料中遇到了严峻困难。该类剂量材料自由流动的能力直接依赖于其聚结的松散程度，即，依赖于其堆积密度。在一些试验中，发现通过搅拌器设备和/或振动装置的使用压实了而不是弄松了剂量材料。这具有以下结果，即使排出孔被完全打开，没有剂量材料能从剂量分配单元中流出。

在EP 1959244A1中公开了一种该问题的解决方案。其中所公开的剂量分配设备包括保持器设备和至少一个接收设备。接收设备被如此设计，即其中可移除地安放至少一个剂量分配单元。剂量分配设备还包括至少一个致动器以搅动接收设备。接收设备可枢转地支承在保持器设备上，从而致动器可以将振动旋转运动传递给接收设备。致动器通过将若干轻敲撞击的短序列导向至接收设备上，以促使后者类似于钟摆地摆动来执行该功能。接收设备的摆动频率优选与致动器的冲击频率不同步。这具有以下效果，由撞击产生的冲击波或者机械脉冲在不同方向上传播。这阻碍了剂量材料凝结到一起的趋势。然而，在隔离情况下可能仍然有一些剂量材料凝结。现有技术已知的状态包括例如搅拌器或者刮刀的运动部件，其设置在剂量分配单元中并用来阻碍剂量材料的凝结。这些活动部件需要复杂的机构并且 易于磨损。另外，额外的活动部分特别是可能对精细的剂量材料造成损伤。

发明内容

因此，本发明具有提供一种剂量分配设备的目的，该剂量分配设备具有在分配过程之前调整剂量分配单元中的剂量材料并用于分配过程的能力，具体地说，弄松剂量材料并且从而阻碍剂量分配单元的阻塞，但是其中在剂量分配单元的内部未设置活动部分。

该任务通过一种具有独立权利要求中所阐述特征的剂量分配设备来解决。

根据本发明的剂量分配设备，包括基底单元、至少一个接收单元和至少一个致动器，该剂量分配设备用来分配测定量的自由流动物质。接收单元被设计成，可以将至少一个剂量分配单元设置到接收单元中以及从其中移除。致动器作用于至少一个接收单元，其可枢转地安装而具有相对于基底单元的可旋转运动性，其中致动器具有产生接收单元的重复双向枢转运动的能力。所述布置包括至少一个位于基底单元和接收单元之间的连接器单元，其中接收单元被可枢转地支承在连接器单元上而具有围绕枢转轴线的可旋转运动性，其中连接器单元被可滑动地支承而具有相对于基底单元的可平移运动性，并且其中致动器具有产生连接器单元的重复双向平移运动的能力，由此接收单元可经受重复双向枢转运动和叠加在重复双向枢转运动上的重复双向平移运动。

待分配的自由流动物质通常达到粉末和粒状大块固体的形式。然而，根据本发明的剂量分配设备还可以用于分配浆料或者能够按流移动的其他物质。特别是，这包括在分配过程中倾向于堵塞的具有复杂流变性质的材料。

枢转运动和平移运动的叠加通过复合振荡运动来搅动剂量材料的结构，由此朝分配口推动剂量材料。可以通过脉冲的强度和枢转运动和/或平移运动的频率来控制流动特性。

在优选实施例中，可以借助于同一致动器来产生接收单元的振荡枢转运动和振荡平移运动。该实施例具有以下优点，可以仅利用一个致动器并从而仅利用一个电动机来产生平移运动和枢转运动两者。

一种其中同时产生枢转运动和平移运动的布置有利地通过以下原理来实现，其中可以通过致动器产生接收单元的振荡或者重复双向枢转运动，并且其中可以借助于接收单元的振荡或者重复双向枢转运动来产生连接器单元的振荡或者重复双向平移运动。

作为备选方案，剂量分配设备还可以具有多于一个致动器，特别是两个致动器，其中可以借助于第一致动器来产生接收单元的枢转运动，并且可以通过第二致动器来产生连接器单元的平移运动。

本发明的优选实施例包括使接收单元的重复双向枢转运动的频率与连接器单元的重复双向平移运动的频率之间同步的能力。存在实现该同步的不同方式。一种可能性是机械地接合参与的部件。在所述布置中，例如，通过单个致动器来同时驱动接收单元的双向枢转运动和连接器单元的重复双向平移运动。还可能将接收单元的双向枢转运动结合到连接器单元的重复双向平移运动。

如果使用多于一个致动器，则可以借助于电子控制设备来实现接收单元的双向枢转运动与连接器的双向平移运动的同步。然而，还可能异步地操作致动器。异步频率的叠加产生了拍频振荡，该拍频振荡取决于剂量材料的特性来阻碍剂量材料的凝结趋势。

在剂量分配设备的操作位置中，连接器单元优选地被支承为具有相对于基底单元的竖直运动性。为了满足该条件，如果连接器单元相对于剂量分配设备的操作位置的运动方向具有水平分量以及竖直分量，则这也是足够的。理想地，在该情况下，竖直分量大于运动矢量的水平分量。这确保了接收单元经受向上和向下的运动，由此容纳在剂量分配单元中的剂量材料同样经受向上和向下运动，并且结果是，剂量材料被弄松并与壁分离。

优选是，当剂量分配设备处于其操作位置时，枢转轴线的定向是实质上水平的。理想地，随着剂量分配设备处于操作位置，剂量分配单元的排出孔沿围绕枢转轴线基本上恒定半径的弧移动。这给予了接近出口孔的剂量材料旋转运动，由此改善了流动运动。

理想地，基底单元借助于铰接接合部，例如旋转轴承或者球窝接头连接至接收单元。

优选是，连接器单元借助于至少一个线性轴承连接至基底单元。

在剂量分配设备的操作位置，基底单元实质上被刚性地连接。因此，基底单元为连接器单元提供了稳定的支承。

理想地，接收单元和连接器单元借助于预拉伸弹簧元件相互联接到一起。这允许接收单元经过并到达连接器单元的运动。弹簧元件可以在运动传递中进一步施加阻尼效应。

在优选实施例中，致动器包括设计成被冲击弹簧推动的锤块，其中冲击弹簧可以利用张力机构来压紧并且瞬间释放，从而锤块被冲击弹簧加速并且锤块在接收单元上和/或连接至接收单元的部分上和/或连接器单元上和/或连接至连接器单元的部分上的冲击在接收设备中产生冲击波。所得到的冲击波阻碍了剂量材料的凝结趋势。

当然，还可能使用例如压电或者超声波致动器的其他致动器。

通过弹簧元件和冲击弹簧的合适选择，可以影响运动的时间顺序和速度，由此可以优化剂量材料朝分配口的流动。

所有的导向元件可以包括滚动元件。它们可能还包括例如板簧的弹性体材料和/或有弹性的挠性元件或者由金属和/或聚合物组成的挠曲元件。

利用源容器中的附加结构的安装，可以进一步降低剂量材料的凝结趋势。通向分配口处的安装已经被认为是特别有利的。这些安装的结构可能具有最多变的形状。使用这些安装的结构的基本思想是使分配口上游的剂量材料中的压力分布尽可能均匀，因为预期剂量材料将凝结到一起，特别是在材料经受很大压力和/或速度梯度的那些区域中。所述安装可能具有简单的金属板元件的形状。还可以想象到使用更复杂的形状。圆锥形元件的设施被证明对克服剂量材料的阻塞是有效的。在操作位置，圆锥顶点实质上逆着剂量材料的流动方向指向。所述剂量材料从顶点在锥体上流动，更准确地说在其侧表面上流动。在围绕锥体或者其侧表面流动之后，剂量材料流再次汇合。围绕锥体，更准确地说围绕其侧表面导向流动的措施在减小很大压力和/或速度梯度方面是非常有效的，由此获得了更均匀的压力分布和/或速度分布。

同样，具有例如用在筒仓中的流线形类型的位移体是获得更均匀的压力和/或速度分布的有效方法。

附图说明

以下将通过实例并参照附图来解释剂量分配单元，其中：

图1描绘了根据本发明的处于中立位置的具有一个致动器的第一剂量分配设备的剖面图；以及

图2描绘了根据本发明的处于中立位置的具有两个致动器的第二剂量分配设备的剖面图。

具体实施方式

在图1中，以剖面图示出了具有致动器50的、处于中立位置的第一剂量分配设备10。图2中，以剖视图示出了具有两个致动器150、160的处于中立位置的第二剂量分配设备110。

根据本发明的两个剂量分配设备10、110各具有基底单元20、120、接收单元30、130和连接器单元40、140。基底单元20、120用来紧固并支承另外的单元。基底单元20、120在大部分情况中都处于固定安装并是实质上刚性的。基底单元20、120可能例如刚性地连接至外壳或者地面以下。还可能是，基底单元20、120为外壳的一部分。接收单元30、130用来保持源单元70。源单元70包括源容器72和分配头71。源容器72用来保持剂量材料。在剂量分配设备10、110的操作位置中，剂量材料位于分配头71上方。分配头71设计成打开和关闭并用来控制剂量材料从源容器72的流出。借助于控制器(图中未示出)来控制分配头71的打开和关闭。当分配头71打开时，剂量材料在重力的作用下从源容器72中流出。源单元70可以被设置到接收单元30、130中并且可从其中取出。通常，源容器72是实质上圆柱形的，并且接收单元30、130具有作为源容器72的支座的圆形开口。当然，还可以选择任何其他形状，只要其在接收单元30、130中为源容器72提供合适的支座。特别是，还可以在接收单元30、130和源单元70之间设置中间元件。

源单元70借助于保持器80、180保持在接收单元30、130中的适当位置。保持器80、180借助于预拉伸弹簧元件23、123并且经由两个铰链82、83、182、183弹性地附连至保持器基底90、190上。与保持器80、180的穿孔81、181配合的保持器基底90、190的定心销94、194允许所述保持 器80、180相对于保持器基底90、190被保持在限定位置中。弹簧元件23、123的弹力克服重力将源容器70推入到接收单元30、130中。保持器基底90、190固定至基底单元20、120。保持器基底90、190可以至少占用两个位置。在工作位置中，紧固至保持器基底90、190的保持器80、180将源单元70保持在接收单元30、130中。在装载位置中，保持器80、180被移离接收单元30、130来清理出空间，从而源单元70可以设置到接收单元30、130中或从其中移除。在剂量分配设备的工作位置中，保持器80、180具有实质上水平定向。

保持器基底90、190经由线性轴承26、126连接至基底单元20、120。线性轴承26、126的轴线具有实质上竖直定向。借助于与销93、193配合的保持器基底90、190的第一凹进部91、191，保持器基底90、190可以被固定到工作位置中。与销93、193配合的保持器基底90、190的第二凹进部92、192允许保持器基底90、190固定到装载位置中。当然，保持器基底90、190还可以按某种其他方式固定。例如，保持器基底90、190可以借助于弹簧掣子保持在基底单元上的适当位置。

保持器基底90、190不一定必须被连接至基底单元20、120。保持器基底90、190还可以按允许保持器90、190在工作位置和装载位置之间转换的某种其他方式来固定。

连接器单元40、140被附连至基底单元20、120。线性轴承24、124放置于连接器单元40、140和基底单元20、120之间，这允许连接器单元相对于安装在实质上固定位置中的基底单元20、120的竖直位移。连接器单元40、140的竖直运动的范围由与连接器单元40、140的突起43、143配合以形成端部止挡部的基底单元20、120的凹口25、125限定。相对于剂量分配设备10、110的工作位置，突起43、143具有实质上水平定向。可以在突起43、143和端部止挡凹口25、125之间设置阻尼元件44、144。阻尼元件44、144可以由例如橡胶或者聚合物的挠性材料制成。

当然，还可能按某种其他方式来限制竖直运动的范围。特别是，可以在连接器单元40、140中设置与基底单元20、120的突起配合的端部止挡凹口。原则上，可以选择任何种类合适的端部止挡部。

设置在基底单元20、120和连接器单元40、140之间的第一弹簧元件 21、121将连接器单元40、140保持在预定的中立位置。第一弹簧元件21、121在其预定的中立位置被预拉伸以抵靠着端部止挡凹口25、125的侧面相对于剂量分配设备10、110的工作位置在竖直方向上拉拽连接器单元40、140。

连接器单元40、140连接至接收单元30、130。连接器单元40、140和接收单元30、130通过枢转接合部41、141联接到一起，该枢转接合部41、141允许接收单元30、130相对于连接器单元40、140的枢转运动，而连接器单元40、140能够在实质上竖直方向上线性运动。对于连接器元件，还存在允许接收单元30、130和连接器单元40、140之间发生枢转运动的可替换选择。特别是，可能性包括径向轴承和交叉的弯曲枢轴。

接收单元30、130的枢转运动的范围由与接收单元30、130的突起31、131配合以形成端部止挡部的连接器单元40、140的凹口42、142限定。相对于剂量分配设备10、110的工作位置，突起31、131具有实质上水平定向。可以在突起31、131和端部止挡凹口42、142之间设置阻尼元件32、132。

当然，还可能按某种其他方式来限制枢转运动的范围。特别是，可以在连接器单元40、140上设置与接收单元30、130的端部止挡凹口配合的突起。原则上，可以选择任何种类合适的端部止挡部。

设置在连接器单元40、140和接收单元30、130之间的第二弹簧元件22、122将接收单元30、130保持在预定的中立位置。第二弹簧元件22、122在其预定的中立位置被预拉伸以抵靠端部止挡凹口42、142的侧面相对于剂量分配设备10、110的工作位置在竖直方向上拉拽连接器单元30、130。

由于接收单元30、130的旋转运动性，位于接收单元30、130中的源单元70、170可以经受枢转运动，该枢转运动促进剂量材料在分配头中的流动。

由于连接器单元40、140的轴向运动性，位于接收单元30、130中的源单元70、170可以经受上下运动，该上下运动促进剂量材料在分配头中的流动。

如已经发现的，枢转运动和上/下运动的组合促进剂量材料在分配头中的流动。

通过合适的致动器50、150、160来产生枢转运动和上/下运动。已经发现，脉冲状的冲击在阻碍剂量材料的堵塞方面是最有效的。

在图1的剂量分配设备10中，应用单个致动器50来产生枢转运动和上/下运动。致动器50起到将冲击撞击传递给接收单元30的作用。所述撞击促使了接收单元30的枢转运动。接收单元30的枢转运动进而引起连接器单元40的上下运动。

在图2的剂量分配设备110中，应用两个致动器150、160来产生枢转运动和上/下运动。致动器150起到将冲击撞击传递给接收单元130的作用。这些撞击促使接收单元130的枢转运动。另外的致动器160起到将冲击撞击传递给连接器单元140的作用。这些撞击引起连接器单元140的上下运动。

两个实施例的致动器50、150、160中的每个包括驱动单元51、151、161。驱动单元51、151、161例如可能是电动机。驱动单元51、151、161驱动平移运动机构54、154、164，该平移运动机构将电动机的转动转换为线性运动。平移运动机构54、154、164例如可能包括偏心装置、凸轮轴、冠齿轮和/或曲线随动器机构。利用具有坡道形凸轮的凸轮轴获得了良好效果，其显示出产生快速脉冲撞击的能力。平移运动机构54、154、164起到了按线性运动推动锤块52、152、162的作用。锤块52、152、162被可线性运动地支承。在锤块52、152、162上形成了突起形式的缓冲器53、153、163，可以通过该缓冲器53、153、163将冲击指向接收单元30、130和/或连接器单元40、140。为了将枢转运动传递给接收单元30、130，必须相对于枢转接合部41在轴向方向上产生冲击。冲击离枢转接合部41、141的距离越大，则杠杆作用就越强。通过添加撞击弹簧55、155、165，则可以使撞击脉冲甚至更强。撞击弹簧55、155、165可以通过张力机构压紧压紧并瞬间释放。在其已经被释放之后，通过撞击弹簧55、155、165使锤块52、152、162加速，并且锤块52、152、162在接收单元30、130和/或连接器单元40、140上的撞击在接收设备中产生了冲击波。该冲击波阻碍了剂量材料在源单元70中凝结的趋势。

虽然已经通过具体实施例的介绍描述了本发明，但是不言而喻的是，可以基于本发明的教导形成许多进一步的变型的实施例。

附图标记列表

110，10剂量分配设备

120，20基底单元

121，21第一弹簧元件

122，22第二弹簧元件

123，23第三弹簧元件

124，24线性轴承

125，25用于连接器单元的端部止挡凹口

126，26保持器基底的线性轴承

130，30接收单元

131，31突起

132，32阻尼元件

140，40连接器单元

141，41枢转接合部

142，42用于接收单元的端部止挡凹口

143，43突起

144，44阻尼元件

150，50致动器

151，51驱动单元

152，52锤块

153，53撞击缓冲器

154，54平移运动机构

155，55撞击弹簧

160辅助致动器

161辅助驱动单元

162辅助锤块

163辅助撞击缓冲器

164辅助平移运动机构

165辅助撞击弹簧

70源单元

71分配头

72源容器

180，80保持器

181，81穿孔

182，82保持器的第一铰链

183，83保持器的第二铰链

190，90保持器基底

191，91保持器基底的第一凹进部

192，92保持器基底的第二凹进部

193，93销

194，94定心销

Claims (12)

1.用来分配测定量的自由流动物质的剂量分配设备，包括基底单元和至少一个接收单元，其中所述接收单元被设计成，至少一个源单元可以设置到所述接收单元中以及从其中移除，并且还包括至少一个作用于所述接收单元上的致动器，其中所述接收单元被可枢转地安装而具有相对于所述基底单元的可旋转运动性，并且所述致动器被设计成产生所述接收单元的重复双向枢转运动，其特征在于，至少一个连接器单元被设置在所述基底单元和所述接收单元之间，其中所述接收单元被可枢转地支承在所述连接器单元上而具有围绕枢转轴线的可旋转运动性，其中所述连接器单元被可滑动地支承而具有相对于所述基底单元的可平移运动性，并且其中所述致动器被设计成产生所述连接器单元的重复双向平移运动，由此所述接收单元能经受重复双向枢转运动和叠加在所述重复双向枢转运动上的重复双向平移运动，能通过同一个致动器来产生所述接收单元的振荡枢转运动和所述连接器单元的振荡平移运动，能借助于所述致动器来产生所述接收单元的重复双向枢转运动，并且能借助于所述接收单元的重复双向枢转运动来产生所述连接器单元的重复双向平移运动。

2.根据权利要求1所述的剂量分配设备，其特征在于，所述接收单元的重复双向枢转运动的频率能与所述连接器单元的重复双向平移运动同步。

3.根据权利要求1或2所述的剂量分配设备，其特征在于，能借助于电子控制设备来控制所述接收单元的重复双向枢转运动的频率和所述连接器单元的重复双向平移运动之间的同步。

4.根据权利要求1或2所述的剂量分配设备，其特征在于，当所述剂量分配设备处于其工作位置时，所述连接器单元被支承成相对于所述基底单元具有实质上可竖直运动性。

5.根据权利要求1或2所述的剂量分配设备，其特征在于，当所述剂量分配设备处于其工作位置时，所述连接器单元被支承成具有在位移方向上移动的自由度，并且所述位移方向具有竖直分量。

6.根据权利要求1或2所述的剂量分配设备，其特征在于，当所述剂量分配设备处于其工作位置时，所述枢转轴线的定向是实质上水平的。

7.根据权利要求1或2所述的剂量分配设备，其特征在于，所述连接器单元借助于枢转接合部连接至所述接收单元。

8.根据权利要求1或2所述的剂量分配设备，其特征在于，所述连接器单元借助于至少一个线性轴承连接至所述基底单元。

9.根据权利要求1或2所述的剂量分配设备，其特征在于，当所述剂量分配设备处于其工作位置时，所述基底单元实质上被刚性地紧固。

10.根据权利要求1或2所述的剂量分配设备，其特征在于，所述接收单元和所述连接器单元借助于至少一个预拉伸的弹簧元件被彼此联接。

11.根据权利要求1或2所述的剂量分配设备，其特征在于，至少一个致动器包括锤块，该锤块设计成被撞击弹簧推动，其中所述撞击弹簧能利用张力机构压紧并瞬间释放，从而可以由所述撞击弹簧使所述锤块加速，并且所述锤块在所述接收单元上和/或在连接至所述接收单元的部分上和/或在所述连接器单元上和/或在连接至所述连接器单元的部分上的撞击在所述接收设备中产生冲击波。

12.分配测定量的方法，其借助于根据前述权利要求中一项所述的剂量分配设备。