Патент на изобретение №2348013

(54) МНОГОКРАТНЫЙ ДОЗАТОР ДЛЯ МИНИМАЛЬНЫХ КОЛИЧЕСТВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к средствам выдачи сред в заданных количествах и может быть использовано в различных областях техники, медицины, химии и т.д. Изобретение направлено на возможность дозирования минимальных количеств жидких или пастообразных сред, а также содержащих наполнители сред или химически активных сред с ограниченным временем обработки, с обеспечением точного дозирования количества в диапазоне от 0,01 до 200 мкл. Этот результат обеспечивается за счет того, что дозатор содержит корпус, который имеет выпускное отверстие, расположенный в корпусе или на корпусе, соединенный с выпускным отверстием дозировочный блок, а также расположенный в корпусе или на корпусе и соединенный с дозировочным блоком резервуар для среды. Согласно изобретению в корпусе расположен дозировочный вал, который на некоторых участках окружен передаточным валом, в котором выполнена транспортировочная канавка для направления управляющего элемента, который проходит в корпус через паз. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к устройству для дозирования минимальных количеств жидких или пастообразных сред, а также содержащих наполнитель или химически активных сред с ограниченным временем обработки, содержащему корпус, который имеет выпускное отверстие, расположенный в корпусе или на корпусе, соединенный с выпускным отверстием дозировочный блок, а также расположенный в корпусе или на корпусе и соединенный с дозировочным блоком резервуар для среды.

Выдача сред в заданных количествах известна из всех областей техники, медицины, химии и т.д. При этом, как правило, желательно точное дозирование среды. Подлежащие соблюдению допуски при дозировании лежат часто в диапазоне процентов, что можно обеспечивать при дозировании больших количеств с относительно небольшими техническими затратами. Однако при дозировании малых до минимальных количеств это представляет трудно решаемую техническую проблему. Дозирование минимальных количеств происходит, например, в струйных принтерах. Они выдают во время процесса печати на каждый импульс примерно от четырех до шести пиколитров печатной краски. Следующие по величине дозировочные устройства, такие как известные, например, из применений в медицинской технике, способны дозировать количества около 0,3 мл.

Такое шприцеобразное устройство для дозирования жидкостей или паст известно из полезной модели DE 9107574 U1, и в нем предусмотрен корпус с выпускным отверстием. В корпусе расположен поршень. В зоне выпускного отверстия перед ним расположен клапан, в области которого расположена дозировочная камера. В корпусе предусмотрена возвратная пружина, а также исполнительный механизм. Приведение в действие устройства происходит с помощью рычага. Кроме того, известны устройства, которые работают по принципу патрона. Патрон приводится в действие с помощью рукоятки. Известные дозировочные устройства выполняют предъявляемые к ним требования. Однако известны области применения, в которых выдаваемые из этих дозировочных устройств количества являются слишком большими; они способны лишь дозировать количества в среднем 0,3 мл. Меньшее дозирование с помощью этих устройств невозможно. Точность выдаваемого за один процесс дозирования количества также оставляет желать лучшего. Поскольку автоматическое дозирование является невозможным, то нет возможности применять известные из струйных принтеров технологии.

Поэтому в основу изобретения положена задача создания устройства для дозирования минимальных количеств жидких или пастообразных сред, а также содержащих наполнители сред или химически активных сред с ограниченным временем обработки, которое способно выдавать с высокой точностью дозированные количества в диапазоне от 0,01 до 200 мкл, предпочтительно от 0,1 до 20 мкл. Эта задача решена согласно изобретению тем, что в корпусе расположен дозировочный вал, который на некоторых участках окружен передаточным валом, в котором выполнена рабочая канавка, которая направляет управляющий элемент, который проходит в корпус через паз.

Управляющий элемент может быть выполнен, например, в виде толкателя, кнопки или рычага.

С помощью изобретения создано устройство для дозирования минимальных количеств жидких или пастообразных сред, а также содержащих наполнители сред или химически активных сред с ограниченным временем обработки, которое обеспечивает дозирование с чрезвычайно высокой точностью количества в диапазоне от 0,01 до 200 мкл, предпочтительно от 0,1 до 20 мкл. На основе высокой точности дозирования создаются самые разнообразные возможности применения устройства, например, в области медицины или же в области микротехники.

Кроме того, задача решена тем, что в корпусе предусмотрена схема, которая с промежуточным включением двигателя и при необходимости передачи приводит в действие дозировочный вал (при применении шагового двигателя отпадает необходимость в передаче).

Это также позволяет создать устройство для дозирования минимальных количеств жидких или пастообразных сред, а также содержащих наполнители сред или химически активных сред с ограниченным временем обработки, которое обеспечивает дозирование с чрезвычайно высокой точностью объемов в диапазоне от 0,01 до 200 мкл, предпочтительно от 0,1 до 20 мкл. Дополнительно к этому за счет выполнения устройства с двигателем значительно повышается удобство управления для соответствующего пользователя.

Таким образом, задача решена с помощью устройств согласно независимым пунктам формулы изобретения.

Другие модификации и варианты выполнения изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Ниже приводится подробное описание изобретения на основе примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 – продольный разрез устройства;

фиг.2 – устройство согласно фиг.1, вид сверху;

фиг.3 – развертка предусмотренных в передаточном вале канавок;

фиг.4 – продольный разрез конструктивного элемента устройства;

фиг.5 – продольный разрез сменного закрывающего колпачка Луера с дозировочной иглой;

фиг.6 – продольный разрез устройства с моторизованным приводом, схематическое изображение;

фиг.7 – вид устройства согласно фиг.6 и

фиг.8 – устройство согласно фиг.5, вид сверху.

Выбранное в качестве примера выполнения устройство для дозирования минимальных количеств жидких или пастообразных сред состоит из корпуса 1, в котором расположен дозировочный блок. Дозировочный блок состоит по существу из дозировочного вала (поршня) 2, который на некоторых участках окружен передаточным валом 3. На передаточный вал 3 оказывает воздействие пружина 4 сжатия. На противоположном дозировочному валу 2 конце предусмотрен грибок 5 с указателем. На противоположном грибку 5 конце расположена дозировочная игла 6, которая является сменной. Кроме того, устройство имеет управляющую кнопку 8. Указатель может быть предусмотрен не только на грибке 5, но также на видимой части дозировочного вала 2, и/или на корпусе 1, и/или на грибке 5.

Корпус 1 имеет по существу форму стержня, который сужается в зоне одного своего конца. Через него проходит вдоль его продольной средней оси отверстие 11, которое имеет несколько уступов. На одном своем конце отверстие 11 образует выпускное отверстие 12. На противоположной выпускному отверстию 12 стороне отверстие 11 имеет диаметр, который, не учитывая небольшую толщину стенки, по существу соответствует диаметру корпуса 1. Отверстие 11 ограничено перегородкой 13, которая снабжена отверстием 131. В обращенной к этому выпускному отверстию 12 зоне в отверстии 11 предусмотрена внутренняя резьба 14. Дальше по ходу отверстия 11 образован вследствие расширения диаметра уступ 15. На своем противоположном выпускному отверстию 12 конце корпус 1 имеет в перегородке 13 глухое отверстие 16, в которое частично входит грибок 5. Часть корпуса 1, в которой имеется сужение наружного диаметра корпуса 1, выполнена в виде отдельного конструктивного элемента 18, свинчиваемого с остальной частью корпуса. За счет этого образуется состоящий из двух частей корпус 1, в котором противоположная выпускному отверстию 12 часть корпуса 1 выполнена в виде гильзы. Через нее проходит отверстие 181. На его противоположной корпусу 1 стороне предусмотрена внутренняя резьба 182. В качестве модификации примера выполнения соединение с конструктивным элементом 18 может осуществляться также с помощью штыкового соединения, прессовой посадки, клеммового соединения или с помощью другого быстродействующего соединения. Начиная с уступа 15 в корпусе выполнена продольная канавка 17, в которую направлена кнопка 8 управления. На противоположном грибку 5 конце на корпусе 1 расположен сменный закрывающий колпачок 19 Луера. Через него проходит отверстие 191, через которое может проходить дозировочный вал 2. Кроме того, колпачок 19 имеет проходящий по периметру фиксирующий выступ 192, к которому примыкает резьба 193. Колпачок 19 свинчивается с резьбой 182 и соответственно 14.

Дозировочный вал 2 проходит в отверстии 11 корпуса 1. Он проходит почти по всей длине отверстия 11 и, тем самым, также по всей длине корпуса 1. На расстоянии от своего конца дозировочный вал 2 расширяется в своем диаметре. В этой зоне он снабжен наружной резьбой 22, которая соответствует внутренней резьбе 14 корпуса 1. Вал 2 имеет продольную канавку, в которую вставлена призматическая шпонка 23. В смонтированном состоянии дозировочного вала 2 шпонка 23 находится в зоне продольной канавки 17 корпуса 1. В своей обращенной к грибку 5 зоне вал 2 входит в отверстие 131 перегородки 13.

Передаточный вал 3, который на некоторых участках окружает дозировочный вал 2, выполнен в этом примере выполнения из пластмассы. Можно применять также другие материалы, например алюминий, латунь, металл или керамику. Передаточный вал выполнен по существу в виде тела, симметричного относительно оси вращения. Через передаточный вал 3 проходит отверстие, которым он надвинут на дозировочный вал 2. Отверстие имеет сквозную продольную канавку 32, в которой в смонтированном состоянии размещена призматическая шпонка 23. За счет комбинации продольной канавки 32 с призматической шпонкой 23 обеспечивается в радиальном направлении соединение с геометрическим замыканием между дозировочным валом 2 и передаточным валом 3. В осевом направлении передаточный вал 3 расположен с возможностью сдвига вдоль дозировочного вала 2. Вместо продольной канавки можно применять также установочный штифт, который входит в шпоночную канавку.

На своей наружной стороне передаточный вал 3 имеет транспортировочную канавку 33. Транспортировочная канавка 33 имеет на передаточном валу 3 форму кривой линии; однако развертка передаточного вала 3 дает прямолинейный вид транспортировочной канавки 33 (см. фиг.3). Кроме того, передаточный вал 3 снабжен канавкой 34 свободного хода, которая через возвратную канавку 35 соединена с транспортировочной канавкой 33. Возвратная канавка 35 позволяет оттягивать назад управляющую кнопку 8 без поворота обратно дозировочного вала 2. Однако дозировочный вал 2 может в зависимости от распределения транспортировочной канавки 33 и возвратной канавки 35 по имеющимся в распоряжении 360° передаточного вала 3 создавать движения транспортировки. В идеальном случае, т.е. при оптимальном согласовании между проходимым управляющей кнопкой 8 путем и ходом резьбы дозировочного вала 2 это – 360° хода транспортировки и 0° возвратного хода. В показанном примере выполнения это – 280° хода транспортировки и 80° возвратного хода. На обращенной к грибку 5 стороне на передаточном валу 3 расположена шайба 36, на которую в смонтированном состоянии опирается пружина 4 сжатия. Шайба 36 служит для защиты от износа передаточного вала 3.

Грибок 5 снабжен глухим отверстием 51, которым грибок 5 напрессован на дозировочный вал 2. На грибке 5 нанесена маркировка 52, на основе которой можно считывать глубину погружения грибка 5 в корпус 1.

Дозировочная игла 6 в примере выполнения показана слегка отогнутой. Это выполнение обеспечивает возможность лучшего согласования с соответствующим случаем применения. Кроме того, за счет отогнутой дозировочной иглы 6 улучшается доступность. Внутренний диаметр дозировочной иглы 6 можно выбирать в соответствии с целью применения. Дозировочная игла 6 имеет резервуар 61, который выполнен в виде пластмассового колпачка. Резервуар 61 сужается в направлении дозировочной иглы 6. На своем противоположном дозировочной игле 6 конце резервуар 61 снабжен перемычками 62, с помощью которых резервуар 61 можно надевать на колпачок 19 корпуса 1 с преодолением фиксирующего выступа 192 и навинчивать с помощью резьбы 193. Дозировочная игла 6 является одноразовой. Это особенно предпочтительно при обработке химически активных сред с ограниченным (коротким) временем обработки. За счет винтового соединения с корпусом 1 обеспечивается простой монтаж и демонтаж дозировочной иглы 6, включая резервуар 61.

Управляющая кнопка 8 на обращенной к корпусу 1 стороне снабжена глухим отверстием 81. Кроме того, на резьбу навинчен толкатель 82, который выполнен в поперечном сечении Т-образным. За счет Т-образного выполнения между наружными концами толкателя 82 и обращенной к корпусу 1 стороной управляющей кнопки 8 образована щель, ширина которой в свету по существу соответствует толщине стенки корпуса 1 в зоне продольной канавки 17. Таким образом, управляющая кнопка 8 направляется продольной канавкой 17. На своей противоположной управляющей кнопке 8 стороне болт 81 выступает над толкателем 82. Выступающая за толкатель 82 часть болта 81 в смонтированном состоянии проходит в транспортировочной канавке 33 соответственно в возвратных канавках или канавках холостого хода передаточного вала 3.

Для дозирования жидких или пастообразных сред с помощью устройства согласно данному изобретению сначала вводят подлежащую дозированию среду в резервуар 61. Затем надевают и навинчивают дозировочную иглу на сменный колпачок 19. Само дозирование осуществляется посредством перемещения управляющей кнопки 8 следующим образом. Если управляющая кнопка 8 сдвигается вдоль продольной канавки 17 в направлении выпускного отверстия 12, то направляемый транспортировочной канавкой 33 передаточного вала 3 конец болта 81 перемещается вдоль транспортировочной канавки 33. За счет перемещения управляющей кнопки 8 в продольном направлении корпуса 1 передаточный вал 3 вследствие не параллельного расположения транспортировочной канавки 33 относительно продольной средней оси устройства приводится во вращение. Вращение передаточного вала 3 за счет соединения с геометрическим замыканием между передаточным валом 3 и дозировочным валом 2 передается на дозировочный вал 2.

На основании резьбовой комбинации 14/22 вращение дозировочного вала 2 приводит к осевому перемещению дозировочного вала 2 в направлении дозировочной иглы 6. За счет обусловленного этим хода дозировочного вала 2 и обусловленного этим его дальнейшим погружением, в частности, уплотнения 21 в резервуар 61 подлежащая дозированию среда выдавливается из резервуара 61. За счет точного регулирования без зазоров резьбовой комбинация 14/22 обеспечивается возможность дозирования минимальных количеств с чрезвычайно высокой точностью. За счет различного выполнения транспортировочной канавки 33 или изменения подъема резьбы 14/22 можно изменять ход и тем самым дозировать различные объемы.

Когда выполнено дозирование желаемого количества, т.е. управляющая кнопка 8 находится у своего переднего упора, то выполняется обратный отвод управляющей кнопки 8 в ее исходное положение. Это осуществляется посредством простого оттягивания назад управляющей кнопки 8. За счет предусмотренной в передаточном валу 3 возвратной канавки 25 возвращение управляющей кнопки в исходное положение происходит без вращения передаточного вала 3 и, тем самым, без вращения дозировочного вала 2. Дозировочный вал 2 остается в своем положении. За счет этого предотвращается выход вершины дозировочного вала 2 из резервуара 61 при возвращении управляющей кнопки 8 в исходное положение, что могло бы приводить к попаданию воздуха или т.п. в резервуар 61, что могло бы оказывать отрицательное влияние на последующее дозирование.

После достижения управляющей кнопкой 8 своего исходного положения можно начинать новый процесс дозирования. Поскольку дозировочный вал 2 в начале этого нового процесса дозирования имеет точно то же положение, что и в конце предыдущего процесса, то обеспечивается без потерь новый процесс дозирования в точно таком же небольшом поле допусков.

Когда дозировочный поршень после многократного приведения в действие достигает своего упора, то дозировочный вал 2 отводят назад с помощью грибка 5. При этом канавка 34 холостого хода выводит управляющую кнопку 8 из зацепления с транспортировочными движениями (передней спиралью или обратной спиралью), так что дозировочный вал 2 можно вращать обратно к головке без необходимости следования управляющей кнопкой 8 линейным движениям в направляющей.

Маркировка 52 указывает пользователю число уже выполненных процессов дозирования. За счет приведения в действие управляющей кнопки 8 поворачивается вал 2 и погружается в резервуар 61. Одновременно запрессованный на валу 2 грибок 5 входит в глухое отверстие 16. За счет предусмотренных равномерных маркировок 52, расстояние которых друг от друга согласовано с соответствующим, задаваемым резьбой ходом, пользователь может считывать число ходов/процессов дозирования. Поскольку в процессах дозирования вал 2 в соответствии со своим ходом все дальше погружается в резервуар 61, то маркировки 52 постепенно входят в глухое отверстие 16. В качестве модификации примера выполнения, в грибке 5 может быть предусмотрено отверстие, через которое проходит удлиненный дозировочный вал 2. В этом случае при каждом ходе предусмотренные на валу маркировки скрываются в грибке 5.

В качестве модификации указанного выше примера выполнения в показанном на фиг.6-8 примере выполнения используется привод с помощью двигателя. При этом через корпус 1 снова проходит отверстие 11, имеющее несколько уступов. Корпус 1 на одном из своих концов закрыт закрывающим колпачком/грибком 5. На противоположном закрывающему колпачку/грибку 5 конце на корпусе 1 также предусмотрен конструктивный элемент 18, который выполнен в виде угловой головки. На конструктивный элемент 18 навинчен сменный колпачок 19 Луера. В сменном колпачке 19 проходит дозировочный вал 2.

В корпусе 1, включающем выполненный в виде угловой головки конструктивный элемент 18, расположен узел 9, в котором размещены необходимые для моторизированного привода устройства компоненты. Узел 9 состоит из источника 91 напряжения, который расположен в отверстии 11 корпуса 1 в обращенной к закрывающему колпачку/грибку 5 зоне. Источник 91 напряжения соединен со схемой 92 микроконтроллера, которая, в свою очередь, соединена с микродвигателем 93. С помощью схемы 92 микроконтроллера можно задавать, с одной стороны, ход, а с другой стороны, можно предусмотреть по соображениям безопасности блокирование дозирования в случае неправильной работы. Что касается двигателя 93, то рекомендуется использовать серводвигатели, шаговые двигатели или электронно управляемые, соответственно регулируемые двигатели. С микродвигателем 93 соединена микропередача 94, из которой на противоположном микродвигателю 93 конце выходит дозировочный вал 2. Для возврата дозировочного вала 2 предусмотрена передача заднего хода.

На корпусе 1 снаружи предусмотрен указательный элемент 95, с помощью которого указывается положение дозировочного вала, включая конец дозировки, заполнение резервуара или т.п. Кроме того, вблизи указательного элемента 95 предусмотрены светодиоды 96, которые, в свою очередь, расположены вблизи управляющих клавиш 97, 98. При этом светодиоды 96 могут иметь различные цвета (например, красный и зеленый) и тем самым указывать работу устройства. В случае правильной работы устройства светится зеленый светодиод, а при неправильной работе – красный. Указательный элемент 95, светодиоды 96, а также клавиши 97, 98 соединены через кабель, соответственно проводниковые ленты со схемой 92 микроконтроллера. За счет этого обеспечивается приведение в действие дозировочного устройства с помощью клавиш 97, 98. При этом клавиша 97 служит для подачи дозировочного вала 2, а клавиша 98 – для обратного отвода дозировочного вала 2, что при промежуточном включении микроконтроллера 92 инициируется с помощью микропередачи 94.

Как моторизированный вариант выполнения устройства, так и вариант выполнения устройства с ручным приводом обеспечивают дозирование минимальных количеств жидких или пастообразных сред, а также содержащих наполнитель или химически активных сред с ограниченным временем обработки. Даже при минимальных количествах от 0,01 до 200 мкл, предпочтительно от 0,1 до 20 мкл, дозирование происходит с чрезвычайно высокой точностью. При этом основные элементы, такие как конструктивный элемент 18, сменный колпачок 19, игла 6, дозировочный вал 2, а также резьбовая комбинация между дозировочным валом 2 и конструктивным элементом 18, содержатся в обоих вариантах выполнения. Лишь передаточный вал 3 ручного варианта выполнения заменен вращением двигателя в моторизированном варианте выполнения.

Формула изобретения

1. Устройство для дозирования минимальных количеств жидких или пастообразных сред, а также содержащих наполнитель сред или химически активных сред с ограниченным временем обработки, содержащее корпус, который имеет выпускное отверстие, расположенный в корпусе или на корпусе, соединенный с выпускным отверстием дозировочный блок, а также расположенный в корпусе или на корпусе и соединенный с дозировочным блоком резервуар для среды, отличающееся тем, что в корпусе (1) расположен дозировочный вал (2), который на некоторых участках окружен передаточным валом (3), в котором выполнена транспортировочная канавка (33) для направления управляющего элемента (8), который проходит в корпус (1) через паз (17).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передаточный вал (3) расположен с возможностью осевого сдвига на дозировочном валу (2).

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что на передаточном валу (3) предусмотрены возвратные канавки (35) и канавки (34) холостого хода.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что резервуар (61) является сменным.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на дозировочном валу (2), и/или на корпусе (1), и/или на грибке (5), который расположен на противоположном дозировочном валу (2) конце, предусмотрена маркировка, или маркировки (52).

6. Устройство для дозирования минимальных количеств жидких или пастообразных сред, а также содержащих наполнитель сред или химически активных сред с ограниченным временем обработки, содержащее корпус, который имеет выпускное отверстие, расположенный в корпусе или на корпусе, соединенный с выпускным отверстием дозировочный блок, а также расположенный в корпусе или на корпусе и соединенный с дозировочным блоком резервуар для среды, отличающееся тем, что в корпусе (1) предусмотрена схема (92), которая с промежуточным включением двигателя (93) и при необходимости передачи (94) приводит в действие дозировочный вал (2).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что для приведения в действие дозировочного вала (2) предусмотрены клавиши (97, 98).

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что в корпусе (1) расположен источник (91) напряжения.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на наружной стороне корпуса (1) предусмотрен указательный элемент (95).

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на наружной стороне корпуса (1) предусмотрен, по меньшей мере, один светодиод (96).

11. Применение устройства по п.1 для дозирования минимальных количеств жидких или пастообразных сред, а также содержащих наполнитель сред или химически активных сред с ограниченным временем обработки.

12. Применение по п.11, причем среды являются стоматологическими материалами.

13. Применение по п.11, причем стоматологические материалы являются клеями, повышающими склеивание средствами или цементами.

14. Применение устройства по п.6 для дозирования минимальных количеств жидких или пастообразных сред, а также содержащих наполнитель сред или химически активных сред с ограниченным временем обработки.

15. Применение по п.14, причем среды являются стоматологическими материалами.

16. Применение по п.14, причем стоматологические материалы являются клеями, повышающими склеивание средствами или цементами.

РИСУНКИ