Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es eine Dosiervorrichtung mit Skala
zu schaffen; die einen kompakten Aufbau der vorgenannten Geräte erlaubt.
Vorgenannte
Aufgabe wird durch die Ansprüche
1 und 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen gehen
aus den Unteransprüchen
hervor.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird vorzugsweise eine Dosiervorrichtung für ein Injektionsgerät geschaffen,
um eine Substanz dosiert verabreichen zu können. Bei der Substanz handelt
es sich insbesondere um eine medizinische Substanz oder ein Medikament,
das sich insbesondere in einem fluiden, insbesondere flüssigen Zustand
befindet. Bei der medizinischen Substanz kann es sich beispielsweise
um Insulin handeln.
Die
Dosiervorrichtung umfasst vorzugsweise eine Dosiseinstelleinrichtung
zum Einstellen der zu verabreichenden Dosis der Substanz. Die Dosis
wird vorzugsweise durch eine erste Drehbewegung eingestellt, die
dann einen Ausschütthub
festlegt, der von einer Antriebsvorrichtung bewirkt wird. Die Antriebsvorrichtung
wirkt zum Ausschütten
auf eine Abtriebsvorrichtung. Diese Abtriebsvorrichtung umfasst eine
Hubeinstellhülse,
die auf den Kolben einer Ampulle wirkt, um die vorgegebene Dosis
auszuschütten.
Die Dosiseinstelleinrichtung umfasst beispielsweise eine Achsenstange
und die Hubeinstellhülse, wobei
die erste Drehbewegung eine Drehung der Achsenstange bewirkt. Diese
Drehbewegung wird dann beispielsweise über ein Außengewinde der Achsenstange,
das in ein Innengewinde der Hubeinstellhülse eingreift, umgesetzt. Die
Hubeinstellhülse ist
dabei vorzugsweise so gelagert, dass sie sich nicht drehen kann
und somit bei Drehung des Innengewindes eine translatorische Bewegung
in Längsrichtung
durchführt.
Durch Verschiebung der Hubeinstellhülse in Längsrichtung erfolgt dann die
Dosiseinstellung, da die Hubeinstellhülse auf den Kolben wirkt und
einen vorgegebenen Ausschütthub
in Längsrichtung
bzw. Achsrichtung zurücklegt,
ungeachtet, von welcher Position aus die Hubeinstellhülse startet.
Auf diese Art und Weise wird je nach Stellung der Hubeinstellhülse in Achsrichtung,
die durch die Dosiervorrichtung festgelegt wurde, eine unterschiedliche Menge
an Fluid ausgeschüttet.
Wurde durch die Dosiervorrichtung die Hubeinstellhülse dem
Kolben angenähert,
bevor der Ausschütthub
vorgegebener Länge
ausgeführt
wird, so wird mehr Flüssigkeit
ausgeschüttet,
als im nichtangenäherten
Zustand.
Die
erfindungsgemäße Dosiervorrichtung umfasst
weiterhin vorzugsweise eine drehbare Skala zum Ablesen der eingestellten
Dosis. Diese Skala ist durch eine zweite Drehbewegung drehbar. Die
zweite Drehbewegung ist vorzugsweise mit der ersten Drehbewegung
gekoppelt, unterscheidet sich aber vorzugsweise in ihrer Geschwindigkeit
von der ersten. Insbesondere ist die zweite Drehbewegung langsamer
als die erste Drehbewegung. Dies bedeutet, wenn zum Beispiel händisch eine
erste Drehbewegung um einen ersten Winkel bewirkt wird, hat dies aufgrund
der Kopplung eine zweite Drehbewegung um einen zweiten Winkel zur
Folge, der kleiner als der erste Winkel ist. Vorzugsweise ist die
Untersetzung so, dass die Drehzahl der Skala um mehr als einen Faktor
2, 4, 6, 8, 10 oder 20 kleiner ist als die Drehzahl der ersten Drehbewegung,
mit der die Dosiseinstellung erfolgt. Auf diese Art und Weise kann die
Skala sehr kompakt gestaltet werden. Insbesondere ist es möglich, mit
einer einzigen Skalaumdrehung den gesamten Umfang der möglichen
Dosiermengen abzudecken. Dies erlaubt eine besonders kompakte Gestaltung
der Dosiervorrichtung, da dann eine translatorische und damit raumeinnehmende Bewegung
der Skala, um auch die größeren Dosiermengen
anzuzeigen, nicht erforderlich ist.
Vorzugsweise
ist die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung
so gestaltet, dass die Drehachsen der Dosiseinstellvorrichtung und
der Skala parallel zueinander verlaufen oder identisch sind, um
die Kompaktheit der Skala zu steigern. Insbesondere sind die Drehachsen
so gestaltet, dass sie identisch sind oder eine Drehachse sich um
die andere dreht.
Die
Erfinder haben herausgefunden, dass eine besonders kompakte Gestaltung
der Dosiervorrichtung durch ein Differentialgetriebe erzielbar ist, insbesondere
ein Kurvenscheibengetriebe, insbesondere Zykloiden-Kurvenscheiben-Getriebe
oder sogenanntes Harmonikdrive. Bei derartigen Getrieben verlaufen
die Drehbewegungen ineinander, was eine erhöhte Kompaktheit ermöglicht.
Dennoch kann ein hohes Untersetzungsverhältnis erzielt werden, um somit
eine translatorische Bewegung der Skala überflüssig zu machen. Vorzugsweise
ist eine ringförmige
Zyklusscheibe vorgesehen, deren Drehbewegung die zweite Drehbewegung
darstellt. Der kreisförmige
Innenumfang der Zyklusscheibe ist mit einem Exzenter in Kontakt,
der sich mit der ersten Drehbewegung dreht und vorzugsweise sowohl
mit einem Einstellring als auch mit der Drehbewegung der Dosierstange
gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Einstellrings mit der ersten
Drehbewegung eine Drehung der Dosierstange ebenfalls mit der ersten
Drehbewegung bewirkt. Aufgrund des Kontakts zwischen dem Exzenter
und dem Innenumfang der Zyklusscheibe wird die Zyklusscheibe mit
ihrer Zykloiden-Aussenverzahnung an einer vorzugsweise ebenfalls
zykloidenförmigen
Innenverzahnung eines die Zyklusscheibe umgebenden Rings abgewälzt. Dabei
bestimmt die Zahl der Zykloiden-Zähne Z1 der Zykloidenscheibe
und die Zahl Z2 der Zykloiden-Innenzähne des äußeren Rings
das Untersetzungsverhältnis
i gemäß der folgenden
Formel: i = (Z2 – Z1)/Z2.
Vorzugsweise
ist die Skala der Dosiervorrichtung so gestaltet, dass sie keine
translatorische Bewegung entlang der Längsachse erfährt, sondern bei
Durchführen
der zweiten Drehbewegung bei einer vorgegebenen Längsposition
oder axialen Position der Drehachse der Skala oder in einem vorgegebenen
Längsabschnitt
der Dosiervorrichtung verbleibt bzw. ohne Längsbewegung verharrt.
Der
Einstellring und die Skala sind vorzugsweise konzentrisch angeordnet,
um eine noch weitergehende kompakte Struktur der Dosiervorrichtung
zu erzielen. Dies ermöglicht
auch die Platzierung eines Primeknopfes am hinteren Ende der Dosiervorrichtung,
also dem Auslassende eines Injektionsgeräts entgegengesetzten Ende.
Dieser Primeknopf kann dann vorzugsweise so platziert werden, dass
er auf die Hubeinstellstange der Dosiseinstelleinrichtung wirkt.
Besonders vorzugsweise ist der Primeknopf so angeordnet, dass er
durch das Gehäuse
geschützt
ist und nur seine Betätigungsfläche freiliegt.
Dadurch kann ein unbeabsichtigtes Primen bei zum Beispiel Herunterfallen
des Gerätes
verhindert werden. Vorzugsweise umgibt der Einstellring die Skala
und ist direkt oder einstückig
mit der ersten Drehachse der ersten Drehbewegung verbunden. Die
Verbindung verläuft
vorzugsweise radial hinter der Skala von außen nach innen in Richtung
auf die Drehachse. „Hinter" wird in dieser Anmeldung
in dem Sinne gebraucht, dass das vordere Ende (distale Ende) des Injektionsgeräts dem Ausspritzen
eines Fluids dient. Diesem vorderen Ende in Längsrichtung des Injektionsgeräts entgegengesetzt
ist das hintere Ende (proximale Ende), an dem vorzugsweise die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung
anbringbar oder angebracht ist.
Vorzugsweise
ist der Einstellring transparent oder zumindest an den Stellen transparent,
an denen er die Skala für
einen Betrachter verdecken würde. Der
Einstellring ist also insbesondere zumindest im gleichen Längsabschnitt
der Dosiervorrichtung transparent, in dem sich auch die Skala befindet.
Insbesondere kann in dem transparenten Teil des Einstellrings eine
Vergrößerungslinse
vorgesehen sein, um die Ablesbarkeit der Skala zu verbessern, die
aufgrund der Untersetzung besonders eng strichliert oder beschriftet
ausgebildet sein kann.
Die
vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verabreichungsgerät zur Verabreichung
eines fluiden Produkts für
vorzugsweise medizinische, einschließlich tiermedizinische, therapeutische,
diagnostische, pharmazeutische und/oder kosmetische Anwendungen
gerichtet. Injektionsgeräte,
insbesondere Injektionspens und auch Inhalationsgeräte sind
bevorzugte Beispiele von Verabreichungsgeräten.
Die
erfindungsgemäßen Verabreichungsgeräte umfassen
insbesondere die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung,
um die Substanz dosiert zu verabreichen.
Die
Achsen der ersten und/oder zweiten Drehbewegung stimmen vorzugsweise
mit der Längsachse
des Verabreichungsgeräts überein oder verlaufen
vorzugsweise zumindest parallel zur Längsachse des Verabreichungsgeräts, um eine kompakte
Struktur zu erzielen.
2 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform eines
vorderen Endes eines Verabreichungsgerätes.
Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
Erfindung beschrieben.
1a zeigt
einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung und 1b zeigt
einen Querschnitt durch ein Zykloidengetriebe 40, das bei
der Ausführungsform
gemäß 1a Anwendung
findet.
Die
Dosiseinstelleinrichtung 10 umfasst einen Einstellring 10a.
Von diesem Einstellring 10a steht eine Brücke 10b vor.
Diese Brücke 10b verläuft radial
nach innen, insbesondere senkrecht zum Einstellring, in Richtung
auf die Längsachse 22 und
des Gerätes 20.
Bevor die Brücke 10b die
Längsachse 22 erreicht,
trifft sie auf den Exzenter 10c. Der Exzenter 10c rotiert
exzentrisch um die Achse 22 des Injektionsgeräts und die
dazu identische Achse 22 der Dosiervorrichtung 200,
die in 1a den angezeigten rechten Abschnitt
des Injektionsgerätes
einnimmt.
1b zeigt
einen Querschnitt durch das Zykloidengetriebe 40, das in
der Dosiervorrichtung zum Einsatz kommt. Der Exzenter 10c umgibt
die Längsachse 22 der
Achsenstange 24, die um die Längsachse 22 drehbar
ist.
Bei
Drehen des Exzenters 10c dreht sich die formschlüssig mit
dem Exzenter verbundene Achsenstange 24 mit. Das rechte
Ende in 1a ist das hintere Ende, das
dem Ende entgegengesetzt liegt, an dem das Injektionsgerät ein Produkt
oder Fluid ausstößt. Das
ausstoßende
Ende (in 1a nicht gezeigt) ist das vordere
Ende.
Die
Achsenstange 24 geht in Richtung auf das vordere Ende in
einen im Durchmesser kleineren Abschnitt 24a über. Dieser
kleinere Abschnitt 24a weist vorzugsweise ein Außengewinde
auf, das mit dem Innengewinde einer Hubeinstellhülse 26 im Eingriff
ist. Die Hubeinstellhülse
ist vorzugsweise drehsicher gelagert, dreht sich also nicht mit
der Achsenstange 24 mit. Bei Drehung der Achsenstange 24 wandert
also die Hubeinstellhülse 26 nach
vorne oder nach hinten. Auf diese Art und Weise wird der Hub eingestellt,
der beim Betätigen
oder Auslösen des
Injektionsgerätes
auf einen Kolben 110 (siehe 2) wirkt,
der ein Fluid aus einem Reservoir 120 am vorderen Ende
des Injektionsgeräts
herausdrückt.
Die
in 2 gezeigte Nadelanordnung 150 kann auf
das vordere Ende 132 der Ampulle 130 aufgesteckt
werden, nachdem die Nadelanordnung 150 umgedreht wurde.
Ist das Injektionsgerät
dann Betriebsbereit, so kann eine – Einrastung (nicht gezeigt) einer
Vorschubhülse 32 in
dem Gehäuse 210 gelöst werden.
Dies führt
dann dazu, dass eine Einstechfeder 112 die Vorschubhülse 32 nach
vorne treibt. Die Vorschubhülse 32 wirkt
auf die Ampulle 130 und schiebt diese zusammen mit der
Nadel aus dem vorderen Ende 210a des Gehäuses 210 heraus,
um den Einstechvorgang durchzuführen.
Die
Vorschubhülse 32 nimmt
dabei über
die Kante 32a die Hubeinstellhülse 26 mit. Ist ein
vorgesehener Anschlage für
die Vorwärtsbewegung
der Ampulle erreicht, so wird eine Einrastung einer Ausstoßhülse 34 gelöst. Diese
Ausstoßhülse 34 wird durch
die Feder 36 in Vorwärtsrichtung
getrieben. Die Ausstoßhülse 34 ist
an Ihrem vorderen Ende mit einem Rastelement 37 verbunden.
Das Rastelement 37 ist so ausgebildet, dass es bei einer
Vorwärtsbewegung
der Ausstoßhülse 34 die
Hubeinstellhülse 26 in
Vorwärtsrichtung
mitnimmt. Die Ausstoßhülse 34 rastet
nach dem Zurücklegen
eines vorbestimmten Weges in eine in der Vorschubhülse 32 vorgesehenen
Einrastelle (nicht gezeigt) ein, die sich an einer dem vorbestimmten
Weg entsprechenden Stelle befindet. Nach dem Einstechvorgang legt
somit das Rastelement 37 eine vordefinierten Weg in Längsrichtung
zurück,
der ein Ausschütten
bewirkt. Das Rastelement 37 ist so ausgebildet, dass es
ratschenartig eine Relativbewegung der Hubeinstellhülse 26 relativ
zum Rastelement 37 zulässt,
wenn das Rastelement 37 ortsfest ist und die Hubeinstellhülse in Vorwärtsrichtung
durch die Dosiereinrichtung bewegt wird, also wenn die Hubeinstellhülse 26 relativ
zum Rastelement 37 nach vorne bewegt wird. Möchte sich aber
das Rastelement 37 aufgrund der Federwirkung der Feder 36 relativ
zur Hubeinstellhülse
nach vorne bewegen, so nimmt sie aufgrund der Ausgestaltung der
Rasterung die Hubeinstellhülse 26 mit.
Auf
diese Art und Weise wird erreicht, dass die Hubeinstellhülse 26 immer
eine gleichlange Hubbewegung nach vorne ausführt, ungeachtet welchen Abstand
sie relativ vom Kolben 110 hat. So wird der Kolben 110 in
Abhängigkeit
von der Längsstellung der
Hubeinstellstange unterschiedlich weit nach vorne bewegt, so dass
eine unterschiedliche Ausschüttdosis
bewirkt wird.
Wie
oben dargestellt wurde, erfolgt also durch Drehen des Einstellrings 10a eine
Hubeinstellung mittels der Hubeinstellhülse 26.
Wird
nun der Exzenter 10c um die Längsachse 22 gedreht,
so nimmt er nicht nur die Achsenstange 24 1:1 mit, sondern
drückt
mit dem Teil des Außenumfangs,
der von der Längsachse
am weitesten entfernt ist, gegen den Innenumfang einer Zykloidenscheibe 42.
Dieser Innenumfang ist vorzugsweise kreisförmig. Die Zykloidenscheibe
wälzt mit
ihrem zykloidenförmigen
Außenumfang
an einem Innenumfang eines Ringes 44 ab, während die
Exzenterhülse 10c gedreht
wird und dabei mit dem exzentrischen Punkt des Außenumfangs
entlang dem Innenumfang der Zykloidenscheibe 42 wandert.
Auf diese Art und Weise werden nach und nach die vorstehenden Zykloidenabschnitte
in der Zykloidenscheibe 42 in entsprechend geformte zykloidenförmige Ausbuchtungen
des Rings 44 gedrückt.
In 1b sind gerade die Zykloidenabschnitte 42a und 42b der
Zykloidenscheibe 42 vollständig in einer entsprechenden
Ausbuchtung des Rings 44 eingepasst. Bewegt sich der Exzenter 10c in 1b entgegen
dem Uhrzeigersinn, so wird als nächstes
der Zykloidenabschnitt 42c in eine entsprechende Ausbuchtung
hineingewälzt. Diese
Abwälzbewegung
der Zykloidenscheibe bewirkt eine Drehung der Zykloidenscheibe,
die aber erheblich langsamer ist als die Drehung des Exzenters 10c.
Das Untersetzungsverhältnis
i berechnet sich zu i = (Z2 – Z1)/Z2,
wobei Z2 die Anzahl der zykloidenartigen Ausbuchtungen im Ring 44 ist
und Z1 die Anzahl der passenden Zykloidenabschnitte der Zykloidenscheibe 42 ist.
Die
Zykloidenscheibe 42 wird bei der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
eingesetzt, wie in 1a zu sehen ist. Sie taumelt
um die Längsachse 22 mit
dem zuvor beschriebenen Übersetzungsverhältnis. In
der 1a befindet sich die Zykloidenscheibe 42 am
oberen Ende in Kontakt mit dem Gehäuseabschnitt 210a des
Gehäuses 210 der
Dosiervorrichtung. Dieses Gehäuse 210 wird
vorzugsweise auch als Gehäuse
für zumindest
einen Teil des Injektionsgeräts
verwendet. Am entgegengesetzten, unteren Ende von 1a ist
die Zykloidenscheibe 42 von dem Gehäuseabschnitt 210b beabstandet.
Die Situation entspricht also der in 1b gezeigten,
bei der die Zykloidenscheibe 42 in ihrer oberen Stellung
ist und unten von dem Ring 44 beabstandet ist.
Der
Außenumfang
der Zykloidenscheibe 42 in 1a weist
also ebenfalls vorzugsweise die zykloidenförmigen Kurvenabschnitte am
Außenumfang auf.
Der Innenumfang des Gehäuses 210 im
Längsabschnittbereich
der Zykloidenscheibe 42, also dem Bereich, in dem die Zykloidenscheibe
sich taumelnd am Innenumfang des Gehäuses 210 abwälzt (insbesondere
bei 210a und 210b) weist die dazu passenden zykloidenartigen
Vertiefungen auf, ist also wie der bereits in Zusammenhang mit 1b diskutierte Ring 44 ausgebildet.
In
der Zykloidenscheibe 42 befinden sich zumindest zwei Ausnehmungen
(nicht gezeigt, in denen sich Mitnehmerstifte 52 befinden),
die mit der Skala 60 fest verbunden sind. Die Skala 60 dreht
sich um die Längsachse 22 bevorzugt
ohne eine exzentrische Bewegung durchzuführen. Die bei der Drehbewegung
durchlaufene Bahn wird vorzugsweise durch die Innenwandung des Gehäuses 210,
die dem Ring 44 entspricht, vorgegeben. Die Skala 60 ist
vorzugsweise wie ein Zylindermantel ausgebildet, von dem aus radial
nach innen ein Steg 60a verläuft, der fest mit den Mitnehmerstiften 52 verbunden
ist. Um die Skala betrachten zu können ist vorzugsweise im Gehäuse, neben
dem Abschnitt 210a, eine Ausnehmung 65 oder ein
Fenster vorgesehen, durch die bzw. das die Skala abgelesen werden
kann. Die Mitnehmerstifte 52 sind in die zuvor erwähnte Ausnehmung
in der Zykloidenscheibe mit einem Spiel eingepasst, so dass sie
bei der Drehbewegung der Zykloidenscheibe mitgenommen werden, aber
der exzentrischen Drehbewegung der Zykloidenscheibe um die Längsachse 22 nicht
folgen müssen.
Dadurch wird eine nicht-exzentrische Bewegung der Skala 60 um die
Längsachse 22 bewirkt,
die entsprechend dem Untersetzungsverhältnis i im Vergleich zur Drehbewegung
der Achsenstange 24 verlangsamt ist.
Insgesamt
wird eine Dosiervorrichtung erzielt, die eine Dosierverstellung
im weiten Umfang erlaubt, während
die Skala kompakt gestaltet werden kann, da keine Längsbewegung
der Skala zur Anzeige eines zweiten Dosisbereiches notwendig ist.
Ein
Primingknopf 70 ist vorzugsweise am hinteren Ende des Injektionsgeräts angebracht
und wird so gestaltet, dass er in Richtung der Längsachse zum vorderen Ende
hin eingedrückt
werden kann, um einen Priminghub durchzuführen, der zum Beispiel der
Entlüftung
des Injektionsgeräts
dient. Vorzugsweise sind hierzu in der Dosiseinstelleinrichtung
eine hülsenförmige Vertiefung 10d ausgebildet,
in dem eine entsprechende symmetrisch zur Längsachse verlaufende Hülse 70d des
Primingknopfes 70 geführt
wird. Diese Hülse 70d umgibt
vorzugsweise die Achsenstange 24, wobei der Primingknopf 70 die Achsenstange 24 nach
hinten hin abschließt,
um so bei einer Bewegung des Primingknopfes 70 nach vorne
die Achsenstange 24 nach vorne zu schieben, um den Priminghub
zu bewirken. Weiter ist der Primingknopf vorzugsweise in den Einstellring
oder dem Gehäuse
so eingepasst, dass er nicht nach hinten vorsteht, aber dennoch
betätigbar
ist, indem beispielsweise zumindest ein Teil seiner Betätigungsfläche freiliegt.