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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Zur Behandlung von Krankheiten, wie beispielsweise Diabetes mellitus, kann ein Patient ein Medikament, wie beispielsweise Insulin, eigenständig injizieren. Dazu kann der Patient ein Injektionsgerät verwenden, welches eine Vorwahl der abzugebenden Dosis ermöglicht.
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Die
WO 2015/074979 A2 zeigt ein federunterstütztes Medikamentenabgabegerät.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines eine Dosis eines Dosiergeräts repräsentierenden Werts, ein Dosiergerät, weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Die abzugebende Dosis kann über einen Drehknopf am Gerät eingestellt werden. Durch Drücken des Drehknopfs kann die Abgabe der Dosis gestartet werden. Die Dosis ist proportional zu einem Drehwinkel zwischen einer ersten Winkelstellung des Drehknopfs vor Beginn des Einstellens und einer zweiten Winkelstellung nach dem Ende des Einstellens. Daher kann ein Rückschluss auf die Dosis gezogen werden, indem der Drehwinkel erfasst wird.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird der Drehwinkel über einen Drehwinkelsensor mit gekoppelten Spulen erfasst. Dieser ist robust, berührungslos und kann den Drehwinkel mit einer hohen Genauigkeit abbilden.
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Es wird eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines eine Dosis eines Dosiergeräts repräsentierenden Werts vorgestellt, wobei die Erfassungseinrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
einen mit einem drehbaren Dosierknopf des Dosiergeräts koppelbaren Drehwinkelsensor, der eine Spuleneinheit und eine relativ zur Spuleneinheit bewegliche elektrisch leitende Störflächeneinheit aufweist, wobei die Spuleneinheit und die Störflächeneinheit tangential zu einer Drehachse des Dosierknopfs ausgerichtet sind und die Spuleneinheit eine Sendespule und zumindest eine Empfangsspule umfasst, wobei der Drehwinkelsensor dazu ausgebildet ist, einen die Dosis repräsentierenden Drehwinkel des Dosierknopfs in einem Drehwinkelsignal abzubilden; und
eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Wert der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals zu bestimmen.
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Unter einem Dosiergerät kann ein Medikamentenabgabegerät, insbesondere ein Insulininjektionsgerät verstanden werden. Eine Dosis kann ein Flüssigkeitsvolumen oder eine Fluidmenge, beispielsweise ein flüssiges Medikament wie Insulin sein, welches von dem Dosiergerät abgegeben werden soll oder abgegeben wird. Ein Dosierknopf kann ein Bedienelement des Dosiergeräts sein. Der Dosierknopf kann ferner drückbar sein. Der Drehwinkel kann ein Winkelschritt zwischen einer Startposition und einer Endposition des Dosisknopfs sein. Ein Drehwinkelsignal kann ein elektrisches Signal sein.
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Die Empfangsspule kann eine erste Spulenwicklung und eine zu der ersten Spulenwicklung gegenläufige zweite Spulenwicklung aufweisen. Die erste Spulenwicklung kann in eine erste Richtung gewickelt sein. Die zweite Spulenwicklung kann in eine zu der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung gewickelt sein. Durch gegenläufige Wicklungen kann eine in der ersten Spulenwicklung induzierte elektrische Spannung durch eine in der zweiten Spulenwicklung induzierte Spannung neutralisiert werden, wenn beide Spulenwicklungen unbeeinflusst von der Störflächeneinheit sind. Dadurch kann ein Selbsttest der Erfassungseinrichtung durchgeführt werden. Weiterhin ergibt sich dadurch eine inhärente Robustheit gegenüber homogenen Störfeldern.
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Günstig ist es ferner, wenn eine Störfläche der Störflächeneinheit im Wesentlichen so groß ist wie eine Windung der Empfangsspule und/oder oder halb so groß ist wie die Empfangsspule. Auf diese Weise kann ein zur Verfügung stehender Bauraum möglichst optimal ausgenutzt werden, um bei einer Drehung des Drehknopfes möglichst große auszuwertende Signale zu erhalten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann eine Windung der Sendespule und/oder eine Windung der Empfangsspule zumindest teilweise rechteckförmig sein. Auf diese Weise kann ebenfalls ein zur Verfügung stehender Bauraum möglichst optimal ausgenutzt werden.
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Die Empfangsspule kann innerhalb der Sendespule angeordnet sein. Die Sendespule kann die Empfangsspulen umschließen. Dadurch kann eine gute elektromagnetische Kopplung der Spulen erreicht werden.
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Der Drehwinkelsensor kann zumindest eine weitere Empfangsspule aufweisen. Insbesondere kann der Drehwinkelsensor drei Empfangsspulen aufweisen. Durch drei Spulen kann eine eindeutige Winkelerkennung und eine robuste Rückrechnung erreicht werden.
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Die Empfangsspule und die weitere Empfangsspule können zueinander versetzt angeordnet sein. Durch einen räumlichen Versatz der Empfangsspulen kann ein Signalversatz bei den resultierenden Signalen erreicht werden. Der Signalversatz kann charakteristisch für den Drehwinkel sein.
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Die Störflächeneinheit kann als elektrisch leitende Fläche ausgebildet sein. In der Fläche können Wirbelströme induziert werden. Die Wirbelströme erzeugen ein elektromagnetisches Feld, das dem elektromagnetischen Feld der Sendespule entgegengerichtet ist. Dadurch wird im Bereich der Störfläche in der Empfangsspule ein verändertes Signal induziert.
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Die Störflächeneinheit kann zumindest eine rautenförmige Störfläche aufweisen. Durch die Form der Störfläche kann eine resultierende Signalform beeinflusst werden. Beispielsweise kann ein näherungsweise sinusförmiges Signal erhalten werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Störflächeneinheit an ihrem Rand zumindest eine Erhebung aufweisen, insbesondere wobei sich die Erhebung von einem Umfangsrand der Störflächeneinheit radial hinweg erstreckt. Auf diese Weise kann eine sehr präzise Erfassung der Bewegung der Störflächeneinheit detektiert werden.
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Weiterhin wird ein Dosiergerät mit folgenden Merkmalen vorgestellt:
einem Dosierknopf zum Einstellen einer Dosis, wobei die Dosis über einen Drehwinkel des Dosierknopfs einstellbar ist; und
einer Erfassungseinrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei der Drehwinkelsensor mit dem Dosierknopf gekoppelt ist, um den Drehwinkel zu erfassen.
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Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Dosis eines Dosiergeräts vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen eines Drehwinkelsignals eines mit einem drehbaren Dosierknopf des Dosiergeräts gekoppelten Drehwinkelsensors der Erfassungseinrichtung, wobei das Drehwinkelsignal einen die Dosis repräsentierenden Drehwinkel des Dosierknopfs abbildet; und
Bestimmen eines Werts der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 ein Blockschaltbild einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine Schnittdarstellung eines Dosiergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine Schnittdarstellung einer Spuleneinheit und einer Störflächeneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 eine Darstellung einer Spuleneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 eine Darstellung einer Spuleneinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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6 eine Darstellung einer Störflächeneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7 eine Schnittdarstellung eines Dosiergeräts mit einer Anzeigeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Erfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Erfassungseinrichtung 100 ist Bestandteil eines Dosiergeräts 102 mit einem Dosierknopf 104 zum Einstellen einer Dosis. Der Dosierknopf 104 ist gegenüber einem Griff 106 des Dosiergeräts 102 drehbar. Die Dosis ist über einen Drehwinkel des Dosierknopfs 104 zu dem Griff 106 einstellbar. Das Dosiergerät 102 kann beispielsweise eine Medikamentenabgabeeinrichtung, wie ein Insulinpen sein. Über den Dosierknopf 104 kann dann die abzugebende Menge beziehungsweise Einzeldosis des Medikaments beziehungsweise Insulins eingestellt werden.
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Beispielsweise ist der Dosierknopf 104 mit einem Gewinde innerhalb des Griffs 106 gekoppelt, über das durch Drehen des Dosierknopfs 104 ein Hub eines Kolbens im Dosiergerät 102 voreingestellt wird. Der Hub bestimmt die Dosis. Der Hub kann durch ein axiales Drücken auf den Dosierknopf ausgelöst werden, um das Fluid zu dosieren.
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Die Erfassungseinrichtung 100 ist dazu ausgebildet, einen die Dosis repräsentierenden Wert zu erfassen. Dazu weist die Erfassungseinrichtung 100 einen mit dem Dosierknopf 104 gekoppelten Drehwinkelsensor 108 und eine Auswerteeinrichtung 110 auf. Der Drehwinkelsensor 108 stellt ein den Drehwinkel abbildendes Drehwinkelsignal 112 bereit. Die Auswerteeinrichtung 110 bestimmt den Wert 114 der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals 112.
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Der Drehwinkelsensor 108 weist eine Spuleneinheit 116 und eine elektrisch leitende Störflächeneinheit 118 auf. Die Spuleneinheit 116 ist hier mit dem Griff 106 verbunden. Die Störflächeneinheit 118 ist relativ dazu beabstandet angeordnet und mit dem Dosierknopf 104 verbunden. Die Störflächeneinheit 118 dreht sich mit dem Dosierknopf 104 relativ zu der Spuleneinheit 116. Die Spuleneinheit 116 und die Störflächeneinheit 118 sind tangential zu einer Drehachse des Dosierknopfs 104 ausgerichtet. Die Spuleneinheit 116 weist eine Sendespule und zumindest eine Empfangsspule auf.
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Die Sendespule der Spuleneinheit 116 ist mit einer Sensorelektronikeinheit 120 verbunden und wird von dieser mit Wechselspannung 122 beaufschlagt. Dadurch wird an der Sendespule ein elektromagnetisches Wechselfeld 124 aufgebaut. Das Wechselfeld 124 koppelt in die Empfangsspule ein und resultiert dort in einem elektrischen Signal 126. Dieses variiert in Abhängigkeit von einer Relativposition der Störflächeneinheit 118 zu der Spuleneinheit 116. Die Relativposition ist abhängig von dem Drehwinkel. Da eine Geometrie der Spuleneinheit 116 und der Störflächeneinheit 118 bekannt ist, kann die Sensorelektronikeinheit 120 das Drehwinkelsignal 112 bereitstellen.
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Die Auswerteeinrichtung 110 liest das Drehwinkelsignal 112 ein und stellt den Wert 114 der Dosis unter Verwendung eines Zusammenhangs zwischen dem Hub des Kolbens und dem Drehwinkel des Dosierknopfs 104 bereit.
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Der Mangel an körpereigenem Insulin bei einer Diabetes mellitus Erkrankung kann durch Injektion eines Insulinpräparates therapiert werden. Die Injektion kann durch Einwegspritzen, permanent vorhandene Insulinpumpen sowie Einweg- und Mehrwegpens ausgeführt werden. Ein Injektionspen 102 kann einem sehr dicken Kugelschreiber ähneln und wird mit Insulinkarpulen bestückt. Eine Karpule ist eine Zylinderampulle, die auf einer Seite eine durchstechbare Membran aufweist. Die andere Seite ist mit einem verschiebbaren Stopfen verschlossen.
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Mit einem Dosisknopf 104 wird die benötigte Insulinmenge durch Drehen eingestellt. Dabei kann der Dosisknopf 104 neben der Drehbewegung auch eine Translationsbewegung ausführen. Je größer der eingestellte Drehwinkel ist, desto weiter wird der Dosisknopf 104 über ein Gewinde aus dem Gehäuse 106 herausgedreht. Der Abstand zwischen Dosisknopf 104 und Gehäuse 106 entspricht dann der Weglänge, um die die Insulinpatrone beim Druck auf den Dosisknopf 104 entleert wird. Die Weglänge kann mit einem Übersetzungsfaktor skaliert sein. Dazu drückt ein Stempel auf die Patrone beziehungsweise Karpule. Dieser Stempel ist am Ende einer weiteren Gewindestange angeordnet, die sich über eine Arretiermechanik nur in eine Richtung drehen lässt. Durch eine weitere Mechanikkomponente beziehungsweise einen Mitnehmer wird sichergestellt, dass der Dosisknopf 104 maximal so weit herausgedreht werden kann, wie der verbleibende Füllstand in der Ampulle ist.
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Der Dosisknopf 104 kann auch nur eine Drehbewegung ausführen. Ebenso kann der Dosisknopf 104 drehbar ausgeführt sein, wobei sein Abstand zum Gehäuse 106 nicht verändert wird. Durch die Drehung wird beispielsweise eine Feder gespannt, deren potenzielle Energie durch eine Mechanik bei der Injektion in eine Translationsbewegung des Stempels überführt wird.
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Bei dem hier vorgestellten Insulinpen 102 wird die letzte Insulindosis mit entsprechendem Injektionszeitpunkt kontinuierlich erfasst.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz wird ein Injektionsgerät 102, insbesondere ein Insulinpen 102 bereitgestellt, welcher eine integrierte Dosissensorik 100 auf Basis eines radial angeordneten Drehwinkelsensors 108 mit gekoppelten Spulen enthält. Über den Drehwinkel des Dosisrads 104 beziehungsweise Dosisknopfs 104 kann damit die injizierte Insulinmenge bestimmt werden. Das Injektionsgerät 102 umfasst neben dem Drehwinkelsensor 108 einen Mikrocontroller 110 zur Messdatenerfassung. Weiterhin kann das Injektionsgerät 102 Elektronikkomponenten zur Kommunikation mit externen Geräten, wie beispielsweise einem Smartphone aufweisen.
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Die eigentlichen Sensorspulen 116 sowie alle elektronischen Komponenten sind radial neben einer Geberstruktur 118 und nicht im Dosisknopf 104 selbst angeordnet. Dies erlaubt einen Einbau, ohne die grundsätzliche Struktur des Pens 102 zu verändern. Weiterhin kann eine einfache Aufbautechnik und Verbindungstechnik gewählt werden, da ausreichend Platz für die Komponenten zur Verfügung steht.
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Ein Aspekt des hier vorgestellten Ansatzes ist die Schaffung einer Sensoranordnung 100 zur Erfassung der aktuell injizierten Insulinmenge als Fluidmenge in Form eines Drehwinkelsensors 108 auf Basis gekoppelter Spulen, der die Position des Dosisknopfs 104 bestimmt, über die sich auf die Dosis zurückschließen lässt. Der Wert 114 wird gespeichert und auf einem integrierten Display angezeigt und/oder auf ein externes Gerät übertragen.
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Dadurch ergibt sich eine Erhöhung der Nutzer-Sicherheit. Durch die automatische Erfassung der Insulinmenge ergibt sich ein verringerter Verwaltungsaufwand, da eine händische Protokollführung für den Arzt entfallen kann und stattdessen der automatisch erfasste Dosiswert 114 beispielsweise in einer Smartphone App elektronisch dokumentiert wird und elektronisch versendet werden kann. Die äußere Form des Insulinpens 102 kann im Wesentlichen gleich bleiben oder es sind nur geringfügige Veränderungen erforderlich. Da bereits vorhandene Komponenten verwendet werden können, ist die hier vorgeschlagene Lösung kostengünstig. Induktive Signale können präzise ausgewertet werden.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Dosiergeräts 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Dosiergerät 102 entspricht im Wesentlichen dem Dosiergerät in 1. Im Gegensatz dazu ist die Störflächeneinheit 118 hier als scheibenförmiges Rad ausgebildet, das auf einer mit dem Dosisknopf 104 drehenden Welle 200 angeordnet ist. Die Spuleneinheit 116 ist in der seitlich dazu angeordneten Erfassungseinrichtung 100 angeordnet. Die Spuleneinheit 116 ist Bestandteil einer Leiterplatte 202 der Erfassungseinrichtung 100, auf der ferner ein Mikrocontroller µC als Auswerteeinrichtung 110 und eine Batterie 104 als Energieversorgungseinrichtung angeordnet sind.
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In 2 ist der Sensor auf Basis gekoppelter Spulen für den radialen Zugang einer Welle dargestellt. Die Welle ist starr mit dem Dosisknopf verbunden. Die Sendespulen und die Empfangsspulen sind auf einer flexiblen Leiterplatte 202 platziert, die in ein Plastikgehäuse 100 eingelegt wird.
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Sämtliche Elektronikkomponenten zur Erfassung der Koppelfaktoren, zum Berechnen der Dosis und zur Übermittlung der Daten sind auf einer Leiterplatte 202 außerhalb des eigentlichen Smartpengehäuses 106 angeordnet. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Komponenten im Gehäuse untergebracht. Dabei sind jedoch größere Modifikationen gegenüber dem herkömmlichen Design erforderlich.
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Schematisch dargestellt ist die Leiterplatte 202, welche die Sendespule, die Empfangsspulen, die Resonanzkondensatoren zur Impedanzanpassung, eine Energieversorgung 204, wie eine Knopfzelle sowie weitere Komponenten 110 trägt. Diese weiteren Komponenten 110 umfassen mindestens einen ASIC zur Messung der Koppelfaktoren zwischen den Spulen und zur Berechnung der Dosis sowie einen Baustein zur drahtlosen Übermittlung des Wertes, beispielsweise via Bluetooth oder NFC. Die Leiterplatte 202 ist in ein Anbauteil 100 integriert, welches an einem nicht funktionalisierten Insulinpen 102 seitlich montiert werden kann. Das Geberrad 118 ist mit der Achse des Dosisknopfs 104 verbunden und somit drehbar gelagert.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung einer Spuleneinheit 116 und einer Störflächeneinheit 118 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Spuleneinheit 116 und die Störflächeneinheit 118 entsprechen im Wesentlichen den in den 1 und 2 dargestellten Spuleneinheiten und Störflächeneinheiten. Die Störflächeneinheit 118 weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Mittig durch die Störflächeneinheit 118 verläuft axial zu der Störflächeneinheit 118 ein Schaft 300 des Dosisknopfs. Die Spuleneinheit 116 erstreckt sich über einen Umschlingungswinkel α tangential beabstandet zu der Störflächeneinheit 118. Mit anderen Worten ist die Spuleneinheit 116 auf einem Radius entlang einer Außenkontur der Störflächeneinheit 118 gebogen. Störflächen 302 der Störflächeneinheit 118 sind auf einer Mantelfläche der Störflächeneinheit 118 angeordnet.
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Es wird ein Drehwinkel zwischen einer als ortsfest angenommen Sensor-Leiterplatte 116 und einem drehbar dazu angeordneten Target 118 erfasst.
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Die Welle 300, deren Drehwinkel zu bestimmen ist, ist mit einem Geberrad 118 ausgestattet. Die Sensorplatine 116 beziehungsweise flexible Leiterplatte 116, welche sich über einen Teilbereich des Umfangs konform an die Welle 300 anschmiegt, trägt die Sende- und den Empfangsspulen. Die Sendespule umschließt dabei die Empfangsspulen. Die Empfangsspulen bestehen aus einzelnen Leiterschleifen mit abwechselnd mathematisch positivem und negativem Drehsinn. Bei ausgeglichenen Flächenverhältnissen und ohne Target 118 kompensieren sich die in den einzelnen Leiterschleifen induzierten Spannungen zu null.
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4 zeigt eine Darstellung einer Spuleneinheit 116 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Spuleneinheit 116 entspricht im Wesentlichen der Spuleneinheit in 3. Die Spuleneinheit 116 weist eine Sendespule 400 und eine Empfangsspule 402 auf. Die Spulen 400, 402 sind im Wesentlichen rechteckig ausgeführt. Die Empfangsspule 402 ist kleiner als die Sendespule 400 und innerhalb einer von der der Sendespule 400 umschlossenen Fläche angeordnet. Die Empfangsspule 402 weist zwei gegenläufige Windungen 404, 406 auf. Die Windungen 404, 406 sind nebeneinander angeordnet und im Wesentlichen gleich groß. Die erste Windung 404 weist einen der zweiten Windung 406 entgegengesetzten Wicklungssinn auf.
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Wenn durch die Sendespule 400 eine elektrische Wechselspannung geleitet wird, bildet sich um die Sendespule 400 ein elektromagnetisches Wechselfeld aus. Das Wechselfeld koppelt in die Empfangsspule 402 ein und erzeugt in der Empfangsspule 402 wiederum eine elektrische Wechselspannung. Da die Windungen 404, 406 entgegengesetzt gewickelt sind, hebt sich ohne äußere Beeinflussung die in der ersten Windung 404 induzierte Spannung gegen die in der in der zweiten Windung 406 induzierten Spannung auf. Am Anschluss der Empfangsspule 402 liegt damit kein Signal an.
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In 4 ist zusätzlich eine Größe einer Störfläche 302 der Störflächeneinheit dargestellt. Die Störfläche 302 ist im Wesentlichen so groß, wie eine der Windungen 404, 406 beziehungsweise etwa halb so groß, wie die Empfangsspule 402. Das elektromagnetische Wechselfeld der Sendespule 400 koppelt auch in die Störfläche 302 ein. Dabei werden in der Störfläche 302 Wirbelströme induziert, die ein dem elektromagnetischen Wechselfeld der Sendespule 400 entgegengerichtetes Störfeld hervorrufen. Das Störfeld koppelt im Bereich der Störfläche 302 in die Empfangsspule 402 ein und induziert dort ein elektrisches Signal. Durch das elektrische Signal wird das Gleichgewicht der in den Windungen 404, 406 induzierten Spannungen gestört und es resultiert eine positionsabhängige elektrische Spannung am Anschluss der Empfangsspule 402.
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Wenn die Störfläche 302 durch eine Relativbewegung zwischen der Störflächeneinheit und der Spuleneinheit 116 entlang der Störflächeneinheit 116 bewegt wird, beeinflusst die Störfläche 302 zuerst die erste Windung 404, anschließend beide Windungen 404, 406 und dann die zweite Windung 406.
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Mit anderen Worten wird eine rechteckförmige Sendespule 400 auf einer Sensor-Leiterplatte 116 mit einer Wechselspannung beaufschlagt, die eine Frequenz im Bereich einiger MHz, beispielsweise 5 MHz, aufweist. Dadurch entsteht ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches in Empfangsspulen 402 auf der Sensor-Leiterplatte 116 koppelt und dort entsprechende Wechselspannungen induziert.
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Durch entsprechende Formung des Targets 302 wird die Kopplung zwischen der Sendespule 400 und den Empfangsspulen 402 drehwinkelabhängig beeinflusst. Der typische Wertebereich des Kopplungsfaktors liegt zwischen –0,3 und +0,3. Durch Demodulation des in den Empfangsspulen 302 induzierten Signals mit dem Trägersignal, beziehungsweise dem Signal der Sendespule 400 kann auf Betrag und Phase der Kopplung geschlossen werden. Der Betrag variiert kontinuierlich mit dem Drehwinkel. Die Phasenlage kann beispielsweise 0° oder 180° betragen. Durch Multiplikation des Betrags mit dem Kosinus der Phase entsteht bei Verwendung von zwei Empfangsspulen 402 mit 90° Phasenversatz bezogen auf den Messbereich im Idealfall ein offsetfreies Sin/Cos-System. Bei Verwendung von drei Empfangsspulen 402 mit typischerweise 120° Phasenversatz bezogen auf den Messbereich entsteht ein dreiphasiges Sinussignal, welches durch Anwendung der Clarke-Transformation in ein Sin/Cos-System überführt werden kann. Mithilfe der ArcTan-Funktion kann dann der Drehwinkel berechnet werden.
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Exemplarisch ist in 4 die umlaufende Sendespule 400 (excitation coil) sowie eine Empfangsspule 402 (sensor coil) dargestellt. Bei einem Zweiphasensystem wird eine zweite Spule, wie in 5 integriert.
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5 zeigt eine Darstellung einer Spuleneinheit 116 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Spuleneinheit 116 entspricht im Wesentlichen der Spuleneinheit in 4. Zusätzlich dazu weist die Spuleneinheit 116 eine zweite Empfangsspule 500 auf. Wie die erste Empfangsspule 402 ist die zweite Empfangsspule 500 im Wesentlichen rechteckig und innerhalb der Sendespule 400 angeordnet. Die zweite Empfangsspule 500 weist ebenfalls eine erste Windung 502 und eine gegenläufig gewickelte zweite Windung 504 auf. Die Windungen 502, 504 der zweiten Empfangsspule 500 sind in einer Bewegungsrichtung der Störflächeneinheit beziehungsweise einer Erfassungsrichtung versetzt zu den Windungen 404, 406 der ersten Empfangsspule 402 angeordnet. Dadurch ist die erste Windung 502 zweigeteilt und beidseitig der zweiten Windung 504 angeordnet.
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Für die eindeutige Berechnung des Drehwinkels mithilfe der ArcTan-Funktion innerhalb der Periode ist ein Sin/Cos-System erforderlich. Das 90° phasenversetzte Signal ist durch Verwendung einer zweiten Empfangsspule 500 möglich. Bei einem periodischen Geberrad kann die zweite Empfangsspule 500 um eine viertel Periode versetzt um den Umfang platziert werden. Es ist ebenso möglich, die zweite Empfangsspule 500 auf der gleichen Grundfläche wie die erste Empfangsspule 402 zu realisieren. Dazu ist der Teil der Leiterschleife 500, welcher durch den Versatz aus der Grundfläche herausragen würde, an das andere Ende positioniert. Mithilfe dieses Konzepts ist auch ein dreiphasiges Design möglich.
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Bei einer dreiphasigen Ausführung kann durch Auswertung der Differenzen Signal1 – Signal2, Signal2 – Signal3 und Signal3 – Signal1 ein wahrscheinlich vorhandener Offset kompensiert werden. Die Rückrechnung in den Drehwinkel ist besonders einfach und robust. Mittels der Clarke Transformation kann ein Dreiphasensystem mit Offset in ein Zweiphasensystem ohne Offset umgerechnet werden und über die ArcTan-Funktion der Drehwinkel bestimmt werden.
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Sowohl die Sendespule 400 als auch die Empfangsspulen 402, 500 können in mehreren Ebenen der Leiterplatte realisiert werden, um die Amplituden der Signale zu erhöhen. Typische Außenabmessungen der Sende- sowie Empfangsspulen betragen 4 mm bis 10 mm. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Breite 8 mm. Das Geberrad kann einen Durchmesser zwischen 10 mm und 50 mm aufweisen.
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6 zeigt eine Darstellung einer Störflächeneinheit 118 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Störflächeneinheit 118 entspricht im Wesentlichen der Störflächeneinheit in 3. Die Störflächeneinheit 118 weist hier fünf über einen Umfang der Störflächeneinheit 118 verteilte Störflächen 302 auf. Die Störflächen 302 sind rechteckig und erhaben. Zwischen den Störflächen 302 sind zurückstehende Zwischenräume angeordnet.
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Die Kontur des Geberrads 118 ist an die Gestaltung der Empfangsspule angepasst. Im Trivialfall enthält das Geberrad 118 Erhebungen 302 und Vertiefungen über einen Teilbereich des Umfangs, der genau der Breite der einzelnen Leiterschleifen entspricht. Die Präsenz des Metalls des Geberrads 118 in der Nähe der Sendespule beziehungsweise in der Nähe der Empfangsspulen führt zu einem induzierten Wirbelstrom im Geberrad 118, welcher mit dem Feld der Sendespule wechselwirkt. Auf Grundlage der Lenzschen Regel wird das Erregerfeld durch das Metall des Geberrads 118 geschwächt und somit lokal die Kopplung zwischen Sendespule und Empfängerspule reduziert. Je nach Stellung des Geberrads 118 gegenüber den Empfangsspulen beziehungsweise den einzelnen Leiterschleifen wird im Extremfall nur in die Schleife mit mathematisch positivem beziehungsweise mathematisch negativem Drehsinn eine Spannung induziert. Das System aus Sendespule, Empfangsspulen und Geberrad 118 kann als Transformator mit variablem Kopplungsverhältnis modelliert werden. Der typische Wertebereich des Kopplungsfaktors liegt zwischen –0,3 und +0,3. Durch Demodulation des in den Empfangsspulen induzierten Signals mit dem Trägersignal, also dem Signal der Sendespule kann auf Betrag und Phase der Kopplung geschlossen werden. Der Betrag variiert kontinuierlich mit dem Drehwinkel. Die Phasenlage beträgt idealerweise 0° oder 180°. Durch Multiplikation des Betrags mit dem Kosinus der Phase entsteht idealerweise ein offsetfreies periodisches System.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Störflächen 302 rautenförmig und zusammenhängend. Dadurch weisen die Störflächen 302 jeweils einen Punkt maximaler Breite auf. An einem Punkt minimaler Breite berührt eine Störfläche 302 die nächste Störfläche 302. Durch spezielle Gestaltung des Geberrads 118 kann ein sinusförmiger Signalverlauf erzielt werden.
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7 zeigt eine Schnittdarstellung eines Dosiergeräts 102 mit einer Anzeigeeinrichtung 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Dosiergerät 102 entspricht im Wesentlichen dem Dosiergerät in 2. Zusätzlich dazu ist an einer Außenseite der Erfassungseinrichtung 100 ein Display 700 als Anzeigeeinrichtung angeordnet. Auf dem Display 700 können Informationen grafisch dargestellt werden. Beispielsweise kann der erfasste Wert der abgegebenen Dosis dargestellt werden.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird in jedem Fall die Drehung erfasst. In einem Ausführungsbeispiel wird die Aktivierung des Insulinpens beziehungsweise das Einleiten der Injektion durch Drücken des Dosisknopfs 104 erfasst beziehungsweise diskriminiert. Durch Integration einer Feder 702 zwischen dem Dosisknopf 104 und einer feststehenden Baugruppe ist die Aktivierung detektierbar. Durch die Vorspannung beispielsweise mit 1 N realisiert die Feder 702 einen definierten Abstand zwischen dem Dosisknopf 104 und der seitlich montierten Baugruppe 100. Durch Aufbringen einer Kraft in Längsrichtung kann die Vorspannung überwunden werden. Der Abstand zwischen dem Dosisknopf 104 und der seitlich montierten Baugruppe 100 wird entsprechend reduziert. Wenn der Dosisknopf 104 aus leitfähigem Material besteht oder auf der Unterseite metallisiert ist, kann die Annäherung durch den Wirbelstromeffekt detektiert werden. Dazu ist in einem Ausführungsbeispiel mindestens eine weitere Sensorspule auf der Stirnseite der seitlich montierten Baugruppe 100 angeordnet. Alternativ können auf der Oberseite der seitlich montierten Baugruppe 100 auch zwei Elektroden aufgebracht werden, deren kapazitive Kopplung durch die Abstandsänderung des Dosisknopfs 104 mit seiner elektrisch leitfähigen Unterseite vergrößert wird. Außerdem ist auch die Integration eines Tasters beziehungsweise Schalters direkt in den Dosisknopf 104 denkbar.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer drahtlosen Übertragung kann der Dosiswert auch auf dem Display 700 dargestellt werden. Dieses kann sich auf der Außenseite der seitlich montierten Baugruppe 100 befinden. In einem Ausführungsbeispiel wird ein E-Ink Display 700 eingesetzt, welches eine sehr energiearme dauerhafte Anzeige ermöglicht. In einem Ausführungsbeispiel weist die Erfassungseinrichtung ferner eine Möglichkeit zur Erfassung der Zeit auf. Die Zeiterfassung kann beispielsweise in den Mikrocontroller integriert sein und bei einem ersten Funkkontakt initialisiert werden.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 800 kann beispielsweise auf einer Auswerteeinrichtung, wie sie in den vorhergehenden Figuren dargestellt ist, ausgeführt werden. Das Verfahren 800 weist einen Schritt 802 des Einlesens und einen Schritt 804 des Bestimmens auf. Im Schritt 802 des Einlesens wird ein Drehwinkelsignal eines mit einem drehbaren Dosierknopf des Dosiergeräts gekoppelten Drehwinkelsensors der Erfassungseinrichtung eingelesen. Dabei bildet das Drehwinkelsignal einen die Dosis repräsentierenden Drehwinkel des Dosierknopfs ab. Im Schritt 804 des Bestimmens wird ein Wert der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals bestimmt.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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