Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es deshalb, eine Vorrichtung zum dosierten Ausstoßen eines
flüssigen
Wirkstoffes zu schaffen, die energiesparend betreibbar und einfach
und zuverlässig
bedienbar ist. Außerdem
soll eine Infusionspumpe mit einer solchen Vorrichtung geschaffen
werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 sowie durch
eine Infusionspumpe mit den Merkmalen nach Patentanspruch 21. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst ein Behältnis
zur Aufbewahrung eines flüssigen
Wirkstoffs und einen Vortriebsmechanismus, um einen Kolben zum Ausstoß des Wirkstoffs
auf einen Auslass des Behältnisses
vorzutreiben, wobei der Vortriebsmechanismus den Kolben permanent
mit einer Vortriebskraft beaufschlagt und ein Sperrmechanismus vorgesehen
ist, der einen Kolbenvortrieb permanent sperrt und zum Ausstoß des Wirkstoffs
kontrolliert freigibt. Vorteilhaft ist, dass zum Ausstoß des Wirkstoffs
Energie nur zum Betätigen
des Sperrmechanismus verbraucht wird, nicht jedoch zum Vortreiben
des Kolbens des Behältnisses, denn erfindungsgemäß kann der
Vortriebsmechanismus vor Inbetriebnahme der Vorrichtung so vorgespannt
werden, dass Wirkstoffdosen wiederholt ohne erneutes Vorspannen
des Vortriebsmechanismus ausgestoßen werden können. Die
Energie zum Vorspannen des Vortriebsmechanismus kann somit vor Inbetriebnahme
der Vorrichtung beispielsweise von einer externen Energiequelle,
einem externen Mechanismus oder manuell bereitgestellt werden. Zum Betrieb
der Vorrichtung selbst ist deshalb vergleichsweise wenig Energie
erforderlich.
Gleichzeitig trägt die vorliegende Erfindung Sicherheitserwägungen Rechnung,
da der Sperrmechanismus so ausgebildet, dass der Kolbenvortrieb permanent
gesperrt ist, so. dass eine Überdosierung wirksam
ausgeschlossen ist, etwa im Falle eines Versagens der Geräteelektronik,
etc. Erfindungsgemäß wird der
Sperrmechanismus nur zum Zeitpunkt des Ausstoßes des Wirkstoffs freigegeben.
Bevorzugt ist der Sperrmechanismus so ausgebildet, dass bei Freigabe
des Kolbenvortriebs der Kolben nur um jeweils eine vorgegebene Hublänge vorgetrieben
wird und dass der Sperrmechanismus nach dem Vortreiben des Kolbens
um die vorgegebene Hublänge
automatisch wieder sperrt. Zweckmäßig entspricht die vorgegebene
Hublänge
einer minimal vorgebbaren Dosis. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann
somit eine Langzeitabgabe des Wirkstoffs in einfacher Weise gesteuert
werden. Denn statt jedes Mal einen Sollwert für die Verstellung des Kolbens vorzugeben,
um eine gewünschte
Dosierung zu erzielen, braucht eine Steuerelektronik gemäß dieser Ausführungsform
einfach nur zu zählen,
wie oft der Sperrmechanismus den Kolbenvortrieb freigegeben hat.
Denn in Kenntnis der Wirkstoffdosis, die bei einer einfachen Freigabe
des Sperrmechanismus ausgestoßen
wird, kann in einfacher Weise die ausgestoßene Gesamtdosis durch Multiplizieren
der Einfachdosis mit der Anzahl an Freigaben des Sperrmechanismus
berechnet werden. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
kann somit eine einfache zeitliche Steuerung zur Steuerung der Langzeitdosierung
verwendet werden.
Vorteilhaft ist auch, dass der Dosiermechanismus
praktisch ständig
ruht, da er nur zu den vergleichsweise wenigen Zeitpunkten eines
Wirkstoffausstoßes
aktiviert zu werden braucht. Dies hilft Energie zu sparen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform spannt
der Vortriebsmechanismus den Kolben relativ zu einem Bezugspunkt
vor, der relativ zum Sperrmechanismus ortsfest gehalten ist. Dieser
Bezugspunkt kann somit beispielsweise ein Gehäuse oder eine Wand des Wirkstoffbehältnisses
einer Infusionspumpe sein.
Als Vortriebsmechanismus sind gemäß der vorliegenden
Erfindung grundsätzlich
sämtliche
aus dem Stand der Technik bekannten Mechanismen verwendbar, die
zur wiederholten Verstellung eines Kolbens vorgespannt werden können. Beispielsweise
kann der Vortriebsmechanismus eine Druckfeder umfassen, deren eines
Ende auf den Kolben einwirkt, und deren anderes Ende ortsfest gehalten
ist, beispielsweise relativ zum Gehäuse der Infusionspumpe. Vor
Inbetriebnahme der Vorrichtung wird erfindungsgemäß die Druckfeder
vorgespannt. Bei Freigabe des Sperrmechanismus kann die Druckfeder die
Vorspannung schrittweise abbauen, bis zum Einreichen einer entspannten
Endstellung. Gemäß einer anderen
Ausführungsform
kann der Vortriebsmechanismus auch eine Torsionsfeder sein, wie
sie aus anderen mechanischen Vorrichtungen, beispielsweise mechanischen
Uhren, bekannt ist. Beispielsweise kann die Torsionsfeder eine gewundene
Biegefeder bzw. Spiralfeder von rundem oder rechteckigem Querschnitt
sein, die in einem Gehäuse
aufgenommen ist, wobei das eine Ende der Torsionsfeder eine Drehbewegung
im Vortriebsmechanismus erzeugt, die in eine Vortriebskraft des
Kolbens in bekannter Weise umgesetzt wird, beispielsweise mit Hilfe
eines Getriebes oder durch Gewindeeingriff einer drehbeweglichen
angetriebenen Gewindestange.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann
der Vortriebsmechanismus eine Überdruckkammer
umfassen, in der ein Gas unter Überdruck aufbewahrt
ist und die eine flexible Kammerwand aufweist, so dass das Gas zum
Vortrieb des Kolbens expandieren kann, wenn der Sperrmechanismus
freigegeben ist. Somit wird bei dieser Ausführungsform die Überdruckkammer
vor Inbetriebnahme der Vorrichtung aufgepumpt bzw. wird ein geeignetes
Druckgasreservoir in die Vorrichtung eingesetzt, beispielsweise
eine Druckgasflasche, wie diese kostengünstig im Handel erhältlich sind.
Selbstverständlich
können gemäß der vorliegenden
Erfindung grundsätzlich auch magnetische
Kräfte
verwendet werden, um den Kolben vorzutreiben. Hierzu können am
Gehäuse
der Vorrichtung und am Kolben des Behältnisses ausreichend starke
Permanentmagnete vorgesehen sein, wie diese kostengünstig im
Handel erhältlich
sind.
Bevorzugt umfasst der Sperrmechanismus ein
Sperrmittel und eine mit diesen zusammenwirkende Sperrklinke, die
beweglich ist und den Kolbenvortrieb in einer ersten Stellung sperrt
und in einer zweiten Stellung freigibt, um den Ausstoß des Wirkstoffes
zu bewirken. Zweckmäßig erfordert
die Verstellung der Sperrklinke vergleichsweise wenig Energie, so
dass der Wirkstoffausstoß energiesparend bewerkstelligt
werden kann. Zweckmäßig ist
die Verstellbewegung als einfache Hin- und Herbewegung ausgebildet,
beispielsweise als Kippbewegung oder Verschwenkbewegung eines Hebels.
Bevorzugt ist die Verstellung der
Sperrklinke mit einer Verstellung einer anderen Sperrklinke so koordiniert,
dass stets eine Sperrklinke einen unkontrollierten Vertrieb des
Kolbens über
die vorgegebene Hublänge
hinaus verhindert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist
der Sperrmechanismus vergleichbar zu einer Sperrhemmung eines mechanischen
Uhrwerks ausgebildet, die ein Sperrmittel, beispielsweise einem mit
einer Verzahnung versehenen Sperrrad oder einer mit einer Verzahnung
versehenen Kolbenstange, und eine Sperrklinke umfasst, die mit dem
Sperrmittel zusammenwirkt, um eine Verstellung des Sperrmittels
zu sperren und kontrolliert freizugeben.
Zweckmäßig ist die Sperrklinke als
verschwenkbarer Hakenanker ausgebildet, mit zwei Sperrhaken, die
in die Verzahnung des korrespondierenden Sperrmittels eingreifen.
Durch einfache und energiesparende Hin- und Herbewegung des Hakenankers
wird somit das Sperrmittel um jeweils einen Zahn der Verzahnung
weiterbewegt. Die Bewegung des Sperrmittels wird dabei erfindungsgemäß in einen
Vortrieb des Kolbens umgesetzt, wobei die Vortriebskraft von dem
Vortriebsmechanismus und nicht von dem Sperrmittel aufgebracht wird.
Bevorzugt ist der Kolben dabei starr mit dem Sperrmittel verbunden,
so dass der Kolben aufgrund der permanenten Kraftbeaufschlagung
permanent eine Zugkraft auf das Sperrmittel ausübt, die durch Außereingriffbringen
eines Sperrhakens mit der Verzahnung freigegeben wird, so dass das
Sperrmittel verstellt wird, solange bis die Verzahnung mit dem anderen Sperrhaken
in Eingriff gelangt, was den Vortritt des Kolbens automatisch stoppt.
Somit wird die auszustoßende
Dosis eindeutig durch die Verzahnung vorgegeben, nämlich durch
ein ganzzahliges Vielfaches der Zahnabstände, insbesondere dem einfachen
der Zahnabstände,
der Verzahnung. Durch Zurückbewegen
der Sperrklinke bzw. des Hakenankers wird der Sperrmechanismus dann
in seine Ausgangslage zurückbewegt,
in der der Kolbenvortrieb permanent gesperrt wird.
Zweckmäßig ist der Hakenanker der
Sperrklinke so ausgebildet, dass beim Eingriff des einen Sperrhakens
in die Verzahnung des Sperrmittels der andere Sperrhaken in der
Mitte zwischen zwei Zähnen
der Verzahnung steht. Wird nun der Hakenanker verschwenkt, so wird
der vorstehend beschriebene Bewegungsablauf ausgelöst.
Die mit der Sperrklinke zusammenwirkende Verzahnung
kann an geeigneter Stelle in dem Mechanismus vorgesehen sein, wie
aus dem Stand der Technik bekannt. Gemäß einer Ausführungsform
ist die Verzahnung am Außenumfang
eines Sperrrads vorgesehen. In diesem Fall wird eine Drehbewegung des
Sperrrads in den Kolbenvortrieb übertragen. Zweckmäßig ist
bei dieser Ausführungsform
ein Haltemittel, beispielsweise ein Seil oder Band, um eine Drehachse
oder einen Außenumfang
des Sperrrads gewickelt und wird dieses Haltemittel beim Vortrieb des
Kolbens abgewickelt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform
ist die Verzahnung an einer Zahnstange angebracht, deren Verstellung
mittelbar oder unmittelbar auf den Kolbenvortrieb übertragen
wird. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform
ist, dass ein Haltemittel eingespart werden kann, so dass eine potentielle
Fehlerquelle der Vorrichtung eliminiert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform
ist der Sperrmechanismus als Spindelsperrung ausgebildet, vergleichbar
zu einer aus dem Uhrenbau bekannten Spindelhemmung. Bei dieser Ausführungsform
umfasst die Sperrklinke einen drehbeweglichen Schaft, der zwei Sperrnasen
trägt,
die mit einer Verzahnung auf einer Oberseite auf gegenüberliegenden
Seiten der Drehachse des Sperrrads zusammenwirken, wobei eine Verdrehung
des Schafts den Eingriff einer Sperrnase mit der Verzahnung freigibt und
so eine Weiterdrehung des Sperrrads auslöst, bis ein anderer Zahn der
Verzahnung des Sperrrads mit der gegenüberliegenden Sperrnase in Anschlag gerät, was den
Kolbenvortrieb automatisch beendet. Die Sperrverzahnung kann dabei
auf einer Oberseite eines gesonderten Sperrrads vorgesehen sein,
in welchem Fall zweckmäßig ein
Haltemittel, beispielweise ein Band oder Seil, um die Drehachse
oder einen Außenumfang
des Sperrrads gewickelt ist, das den Kolben zurückhält. Zum Kolbenvortrieb wird
das Haltemittel kontrolliert abgewickelt. Die Sperrverzahnung kann
alternativ auch auf einer Oberseite eines gesonderten Sperrrads
angebracht sein, dessen Drehbewegung mittels einer Getriebemechanismus auf
eine Kolben- oder Gewindestange oder ein anderes Vorschubmittel übertragen
wird. Schließlich
kann die Sperrverzahnung auch unmittelbar auf einer Stirnseite der
Kolben- oder Gewindestange angeordnet sein, die mittelbar oder unmittelbar
dem Kolbenvortrieb dient.
Zweckmäßig sind die Sperrnasen der
Spindelsperrung versetzt an dem drehbeweglichen Schaft angebracht,
so dass stets eine der Sperrnasen eine unkontrollierte Verdrehung
des Sperrrads sperrt, wobei in einer ersten Winkelstellung des Schafts
eine erste Sperrnase in eine Verzahnung des Sperrmittels eingreift
und die zweite Sperrnase in der Mitte zwischen zwei Zähnen der
Verzahnung steht und wobei in einer zweiten Winkelstellung des Schafts
die zweite, gegenüberliegende
Sperrnase in die Verzahnung des Sperrmittels eingreift und die erste
Sperrnase zwischen zwei Zähnen
der Verzahnung steht. Durch einfaches Hin- und Herschwenken des
drehbeweglichen Schafts kann somit das Sperrrad um einen Zahn weitergedreht
werden, wobei die Vortriebskraft durch den Vortriebsmechanismus
und nicht durch den Sperrmechanismus bereitgestellt wird.
Bevorzugt wird die Sperrklinke zum
Auslösen
des Wirkstoffausstoßes
gegen eine Rückstellkraft
eines Rückstellmittels
verstellt, das die Sperrklinke in eine Ruhe- bzw. Ausgangsstellung
zurückzustellen
trachtet. Somit kehrt der Sperrmechanismus automatisch in seine
Ruhe- bzw. Ausgangsstellung zurück
und ist zum Auslösen
des Wirkstoffausstoßes
nur die Energie erforderlich, um die Sperrklinke gegen die Rückstellkraft
zu verstellen. Die Freigabe des Sperrmechanismus kann dabei durch
eine Mechanik ausgelöst
werden, beispielsweise durch Knopfdruck, falls die Vorrichtung manuell
bedienbar ist, oder mittels eines Betätigungsmittels, das von einer
Steuerelektronik der Vorrichtung angesteuert wird.
Vorzugsweise kann der Vortriebsmechanismus über den
gesamten Hub des Kolbens vorgespannt werden, so dass der Kolben
bis zum vollständigen
Ausstoß des
Wirkstoffes aus dem Behältnis vorgetrieben
werden kann, ohne dass der Vortriebsmechanismus erneut vorgespannt
werden muss. Vorteilhaft ist, dass die hierzu erforderliche Vorspannarbeit
vor Inbetriebnahme der Vorrichtung manuell oder mittels einer externen
Energiequelle aufgebracht werden kann, so dass die Energieversorgung der
Vorrichtung insgesamt geschont werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann
jedoch der Vortriebsmechanismus auch nur über einen Teil des maximalen
Kolbenhubs vorgespannt sein, so dass bis zum vollständigen Ausstoß des Wirkstoffes
der Vortriebsmechanismus ein oder mehrere Male erneut vorgespannt
werden muss. Hierzu ist zweckmäßig eine
Anzeigevorrichtung vorgesehen, die dem Benutzer anzeigt, dass die
durch den Vortriebsmechanismus bereitgestellte Vortriebskraft einen
vorgebbaren oder vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Diese
Anzeigevorrichtung kann mechanisch erfolgen, beispielsweise durch
mechanisches Auslösen
eines Farbfeldes als Hinweis, oder kann elektronisch angesteuert
werden, beispielsweise in Form eines Warnhinweises auf einem LCD-Display
oder dergleichen, gegebenenfalls unterstützt durch ein akustisches Warnsignal,
als Hinweis darauf, dass die Vorrichtung wieder vorgespannt werden
muss.
Grundsätzlich kann die zum Vorspannen
des Vortriebsmechanismus erforderliche mechanische Arbeit von dem
Benutzer der Vorrichtung auch manuell aufgebracht werden, oder durch
Anschließen
an eine externe Energiequelle. Wird jedoch der Vortriebsmechanismus
auch nach mehrmaliger Aufforderung des Benutzers nicht vorgespannt,
so wird die erforderliche Energie zweckmäßig von der Energiequelle der Vorrichtung
bereitgestellt, so dass sichergestellt ist, dass die Vorrichtung
jederzeit betriebsbereit ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann
der Sperrmechanismus auch als Bandsperre ausgebildet sein, wobei
die Bandsperre ein Band klemmt, das den Kolben gegen die permanent
wirkende Vortriebskraft des Vortriebsmechanismus zurückhält und wobei
bei Freigabe der Bandsperre das Durchrutschen des Bands in den Kolbenvortrieb
umgesetzt wird. Zweckmäßig ist
die Bandsperre dabei so ausgebildet, dass diese das Band permanent klemmt,
wozu dem Fachmann auf diesem Gebiet geeignete Maßnahmen aus dem Stand der Technik
bekannt sind.
Grundsätzlich kann der Bandsperrenmechanismus
mit der vorgenannten Hakenanker oder Spindelsperrung kombiniert
werden. Bei dieser Ausführungsform
ist die Verstellung der Bandsperre und der Haken- oder Spindelsperrung
zweckmäßig koordiniert,
so dass zunächst
der Hakenanker bzw. der drehbewegliche Schaft mit den Sperrnasen
von einer Endstellung zu der anderen Endstellung verschwenkt wird.
Dabei wird ein Verdrehen des Sperrrads noch durch die Bandsperre
gesperrt. Durch Lösen
der Bandsperre kann dann das Sperrrad solange verdreht werden, bis
ein Zahn seiner Verzahnung an dem Sperrhaken bzw. der Sperrnase
anstößt. Anschließend sperrt
die Bandsperre wieder permanent. Für einen erneuten Wirkstoffausstoß wird dann
der Hakenanker bzw. der Schaft mit den Sperrnasen in die andere
Endstellung zurückgeschwenkt.
Somit braucht für
einen Wirkstoffausstoß die
Sperrklinke nur einmal verstellt werden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Figuren beschrieben werden, worin
1 eine
Ausstoßvorrichtung
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einer Hakenankersperrung darstellt;
2 eine
Variante der ersten Ausführungsform
mit einer Spindelsperrung darstellt;
3 eine
zweite Ausführungsform
der Ausstoßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, bei der ein Sperrrad an einer Stirnseite einer Zahn-
oder Gewindestange angebracht ist, das mit einer Spindelsperrung
zusammenwirkt;
4 eine
Variante der Ausführungsform gemäß 4 darstellt, bei der eine
Hakenankersperrung vorgesehen ist, die mit der Verzahnung einer Zahnstange
zusammenwirkt;
5 schematisch
eine Ausstoßvorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, bei der der Kolbenvortrieb durch
Expansion eines druckbeaufschlagten Gasreservoirs erzeugt wird;
und
6 eine
vierte Ausführungsform
der Ausstoßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
In den Figuren bezeichnen identische
Bezugszeichen identische oder gleichwirkende Bauelemente bzw. Bauelementgruppen.
1 zeigt
schematisch eine erste Ausführungsform
einer Ausstoßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Diese ist bevorzugt Teil einer Infusions- oder Injektionsvorrichtung,
beispielsweise einer Infusionspumpe zur Langzeitmedikamentierung
von Patienten oder Tieren, beispielsweise zur Blutzuckereinstellung.
Wie in 1 gezeigt ist,
umfasst die Vorrichtung ein Reservoir 1, in dem eine den Wirkstoff
enthaltende Flüssigkeit
aufbewahrt wird. Das Behältnis 1 weist
an seinem vorderen Ende eine Öffnung
auf, durch die der Wirkstoff ausgestoßen wird, beispielsweise zu
einer Hohlkanüle.
Gegenüberliegend
der Ausstoßöffnung befindet
sich der axial verschiebbare Kolben 2, dessen axiale Verstellung
in Richtung auf die Ausstoßöffnung den
Ausstoß des Wirkstoffes
bewirkt. Der Kolben 2 ist mittels der Druckfeder 3 permanent
gegen einen festen Bezugspunkt 5 vorgespannt, der ortsfest
zu dem Sperrmechanismus im rechten Bildteil und/oder zum Behältnis 1 ist.
An der Rückseite
des Kolbens 2 ist ein Haltemittel 4, beispielsweise
ein Seil oder Band, befestigt, das den Kolben gegen die Rückstellkraft
der Feder 3 zurückhält. Das Haltemittel 4 ist
an den Umlenkpunkten 6 und 7 umgelenkt, beispielsweise
an Umlenkrollen oder Umlenkzapfen. Das andere Ende des Haltemittels
ist mit dem im rechten Bildteil dargestellten Sperrmechanismus verbunden.
Wie in 1 gezeigt
ist, ist hierzu das andere Ende des Haltemittels 4 am Sperrrad 9 aufgewickelt,
sei es unmittelbar in einer Umfangsrinne des Sperrrads 9 oder
auf einem auf der Drehachse 8 des Sperrrads 9 angeordneten
Zapfen. Gemäß 1 weist das Sperrrad 9 an
seinem Außenumfang
eine Sperrverzahnung 10 auf, deren Zähne mit den Sperrhaken 13, 14 des
Hakenankers 11 zusammenwirken. Der Sperrmechanismus gemäß 1 ist insgesamt vergleichbar
zu einer Hakenankerhemmung ausgebildet, wie sie aus dem Uhrenbau
bekannt ist. Somit kann der Hakenanker 11 um die Achse 12 zwischen
einer ersten Endstellung, in der der Sperrhaken 14 an einem
Zahn der Verzahnung 10 anliegt, und einer zweiten Endstellung,
in der der Sperrhaken 13 an einem Zahn der Verzahnung 10 anliegt,
hin- und hergeschwenkt werden. Der Hakenanker 11 kann von
einem nicht dargestellten Rückstellmittel
in eine der Endstellungen zurückgestellt
werden. Somit ist gewährleistet,
dass das Sperrrad 9 nicht unkontrolliert weiterdrehen kann.
Wie in 1 schematisch
dargestellt ist, ist der Hakenanker 11 so ausgebildet,
das beim Eingriff des Sperrhakens 14 in die Sperrverzahnung 10 der andere
Sperrhaken 13 in der Mitte zwischen zwei Zähnen der
Verzahnung steht. Beim Weiterdrehen des Sperrrads 9 wird
somit der Sperrhaken 13 von einer Verzahnungsfläche mitgeführt und
so der Hakenanker in die andere Endstellung zurückgekippt.
Zur Inbetriebnahme der Vorrichtung
wird die Druckfeder 3 vorgespannt, beispielsweise durch
Einführen
eines neuen Behältnisses 1 mit
maximal zurückgeschobenem
Kolben 2. Dabei wird das Sperrrad 9 solange zurückgedreht,
bis das Haltemittel 4 gespannt ist. Zum Zurückdrehen
des Sperrrads 9 kann ein nicht dargestelltes Rückstellmittel,
beispielsweise eine Torsionsfeder oder ein elektrischer Rückstellmechanismus,
vorgesehen sein. Zum Wirkstoffausstoß wird der Hakenanker 10 von
einer ersten Endstellung zu der zweiten Endstellung geschwenkt.
Aufgrund der Vorspannung durch die Druckfeder 3 wird dabei
der Kolben 2 vorgetrieben und ein Wirkstoffausstoß bewirkt.
Gleichzeitig dreht das um die Umlenknute 6 und 7 umgelenkte
Haltemittel 4 das Sperrrad 9 solange weiter, bis
einer der Sperrhaken 13, 14 des Hakenankers an
einem Zahn der Sperrverzahnung 10 zum Anliegen kommt. Eine Weiterdrehung
des Sperrrads 9 ist dann ausgeschlossen. Dass Sperrrad 9 kann
erst nach einem Zurückschwenken
des Hakenankers 11 in die andere Endstellung weiterverdreht
werden. Somit ist die ausgestoßene
Dosis des Wirkstoffes eineindeutig durch die Sperrverzahnung 10 des
Sperrrads 9 vorgegeben. Die Winkelverstellung des Sperrrads 9 um
einen Zahn wird eineindeutig in einen vordefinierten Hub des Kolbens 2 umgesetzt.
2 zeigt
eine Variante der ersten Ausführungsform,
bei der der Sperrmechanismus vergleichbar zu einer aus dem Uhrenbau
bekannten Spindelsperrung ausgebildet ist. Bei dieser Variante ist auf
einer Oberseite des Sperrrads 9 eine Verzahnung 15 vorgesehen,
die mit den zwei Sperrnasen 16, 17 des drehbeweglich
gelagerten Schafts 18 zusammenwirkt. Der Schaft 18 ist
so drehgelagert, dass er nur zwischen einer ersten Endstellung,
in der die Sperrnase 17 an einem der Zähne der Sperrverzahnung 15 anliegt,
und einer zweiten Endstellung, in der die andere Sperrnase 16 mit
einem der Zähne
der Sperrverzahnung 15 anliegt, hin- und hergeschwenkt werden
kann. Somit ist gewährleistet,
dass das Sperrrad 9 nicht unkontrolliert weiterdrehen kann. Vielmehr
kann das Sperrrad stets nur um einen Zahn weiterverdreht werden,
was durch eine Verschwenkung des Schafts 18 von der einen
in die andere Endstellung bewirkt wird. Auch bei dieser Ausführungsform
ist das andere Ende des Haltemittels 4 entweder in einer
Umfangsrille des Sperrrads 9 oder um einen auf die Drehachse 8 des
Sperrrads 9 aufgesteckten Zapfen aufgewickelt und wird
beim Vortrieb des Kolbens 2 abgewickelt.
Grundsätzlich kann der Sperrmechanismus jedoch
auch so in die Vorrichtung integriert werden, dass ein Haltemittel überflüssig ist. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform
der Ausstoßvorrichtung
gemäß der Erfindung,
die ohne ein Haltemittel auskommt. Gemäß 3 ist das Sperrrad 9 unmittelbar an
einem Ende einer dem Kolbenvortrieb dienenden Gewindestange 21 angebracht.
Vor Inbetriebnahme der Vorrichtung wird das Sperrrad 9 gegen
die Rückstellkraft
einer Torsionsfeder 23 oder eines anderen geeigneten Rückstellmittels
zurückgedreht.
Die schematisch in 3 dargestellte
Spindelsperrung löst
dann eine in der vorstehend beschriebenen Weise Verdrehung des Sperrrads 9 um
jeweils einen Zahn aus. Das Außengewinde
der Gewindestange 21 greift in ein an einem Gehäuse einer
Infusionspumpe oder an der Ampulle 1 vorgesehenen Innengewinde
eines Abschnittes 22 ein, so dass die Verdrehung der Gewindestange 21 in
einen Kolbenvortrieb umgesetzt wird.
Selbstverständlich kann das Sperrrad 9 gemäß 3 anstatt mit einer Sperrverzahnung 15 auf einer
Oberseite auch mit einer Sperrverzahnung am Außenumfang des Sperrrads 9,
vergleichbar zu 1, versehen
sein. Wie dem Fachmann ersichtlich sein wird, kann das Sperrrad 9 auch über einen
Getriebemechanismus mit der dem Kolbenvortrieb dienenden Gewindestange 21 verbunden
sein, so dass die Drehbewegung des Sperrrads 9 über den
Getriebemechanismus auf die Gewindestange 21 übertragen
wird.
4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Ausstoßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die ohne ein Haltemittel auskommt. Bei dieser Vorrichtung
dient eine Stange 24 dem Kolbenvortrieb, die als Zahnstange
mit einer Sperrverzahnung 25 ausgebildet ist. Die Sperrverzahnung 25 wirkt
mit dem drehbeweglich gelagerten Hakenanker 11 zusammen,
der in der Art der in 1 dargestellten
Hakenankersperrung funktioniert. Somit liegt in einer ersten Endstellung
des Hakenankers 11 der Sperrhaken 14 an einem
der Zähne
der Sperrverzahnung 25 an. Durch Verschwenken des Hakenankers 11 in
die andere Endstellung gelangt der Sperrhaken 14 außer Eingriff
mit der Sperrverzahnung 25 und gelangt der andere Sperrhaken 13 in
Eingriff mit einem anderen Zahn der Sperrverzahnung 25.
Aufgrund der von dem nicht dargestellten Vortriebsmechanismus erzeugten,
permanent wirkenden Vortriebskraft wird die Zahnstange 24 vorgeschoben,
um den Ausstoß des
Wirkstoffes aus dem Behältnis 1 zu
bewirken. Dabei gleitet der Sperrhaken 13 an dem Profil
eines Sperrzahns entlang und wird angehoben, so dass der Hakenanker 11 in
die Ausgangslage zurückgeschwenkt
wird, in der der Sperrhaken 14 den weiteren Kolbenvortrieb
sperrt. Dabei wird der Hakenanker 11 beim Verschwenken
von der in 4 gezeigten
ersten Endstellung in die nicht dargestellte andere Endstellung
gegen die Rückstellkraft
eines nicht dargestellten Rückstellmittels
verschwenkt, so dass das Zurückschwenken
des Hakenankers 11 in die in 4 dargestellte
Sperrstellung sichergestellt ist.
Die 5 zeigt
eine dritte Ausführungsform der
Ausschüttungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Gemäß 5 wird die Kraft zum Kolbenvortrieb
von einem in der Überdruckkammer 26 aufbewahrten
Gas aufgebracht. Vor Inbetriebnahme der Vorrichtung wird die Überdruckkammer 26 in
der hinteren Endstellung des Kolbens 2 mit einem unter hohem
Druck stehenden Druckgas gefüllt.
Die Überdruckkammer 26 weist
eine flexible Wand auf, so dass das Gas expandieren und die Überdruckkammer 26 sich
aufweiten kann, wenn der Sperrmechanismus den Kolbenvortrieb freigibt.
Wie in 5 gezeigt ist,
ist die Überdruckkammer 26 seitlich
geführt, nämlich durch
einen Gehäuseabschnitt 5,
durch die Hülse 27 und
durch den Boden des Kolbens 2, so dass das Gas die Überdruckkammer 26 nur
in eine Richtung aufweiten kann, nämlich in die Kolbenvortriebsrichtung,
d.h. in Axialrichtung des Behältnisses 1.
Grundsätzlich
kann der Sperrmechanismus gemäß irgendeiner
der hierin beschriebenen Ausführungsformen
ausgebildet sein. Damit die Überdruckkammer 26 sich
aufweiten kann, müssen
zumindest die Seitenwände
derselben flexibel ausgebildet sein.
6 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Ausschlussvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Statt der vorstehend beschriebenen Hakenankersperrung (vergleiche 1, 4) oder Spindelsperrung (vergleiche 2, 3)
umfasst der Sperrmechanismus eine erste Sperrklinke 28 und
eine zweite, nicht dargestellte zweite Sperrklinke, die identisch
zur ersten Sperrklinke ausgebildet ist. Das Sperrrad 9 weist
am Außenumfang
eine Sperrverzahnung 10 auf, die mit der ersten Sperrklinke 28 zusammenwirkt.
Ferner ist eine zweite, nicht dargestellte Sperrverzahnung vorgesehen,
die mit der zweiten Sperrklinke zusammenwirkt. Die zweite Sperrverzahnung
kann auf demselben oder einem anderen Sperrrad vorgesehen sein.
Die beiden Sperrklinken können
verschwenkt werden, wie durch den Doppelpfeil angedeutet, wobei
jedoch gewährleistet
ist, dass beim Wegschwenken der einen Sperrklinke von der korrespondierenden
Sperrverzahnung die andere Sperrklinke automatisch in Eingriff gelangt
mit der anderen korrespondierenden Sperrverzahnung. Somit ist stets gewährleistet,
dass das Sperrrad 9 nicht unkontrolliert durchdrehen kann.
Durch koordiniertes Verstellen der Sperrklinken 28 wird
somit das Sperrrad 9 um einen halben Zahn weitergedreht.
Beim koordinierten Zurückschwenken
der beiden Sperrklinken wird das Sperrrad erneut um einen halben
Zahn weitergedreht und kehren die beiden Sperrklinken in ihrer Ausgangslage
zurück.
Beim Verdrehen des Sperrrads 9 wird das andere Ende des
Haltemittels 4 abgewickelt. Aufgrund der permanent wirkenden
Vortriebskraft der Druckfeder 3 wird der Kolben 2 zum Ausstoß des Wirkstoffs
vorgetrieben.
Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Variante
dieser Ausführungsform
ist die Sperrklinke gemäß 6 gabelförmig ausgebildet, mit zwei Sperrnasen,
die je nach Winkelstellung der Gabel entweder am linken oder am
rechten Umfangsrand des Sperrrads 9 in die Sperrverzahnung 10 eingreifen.
Die Abstände
der beiden Sperrnasen sind dabei so bemessen, so dass beim Verschwenken
der gabelförmigen
Sperrklinke stets eine der beiden Sperrnasen in die Sperrverzahnung
eingreift.
Zum Betrieb der Ausstoßvorrichtung
wird zunächst
der Vortriebsmechanismus vorgespannt, beispielsweise durch Zurückschieben
der Druckfeder oder Zurückdrehen
einer Torsionsfeder. Gleichzeitig wird der Sperrmechanismus in eine
Ausgangslage gebracht, in der ein Sperrhaken oder eine Sperrnase in
die Sperrverzahnung 10 bzw. 15 eingreift. Durch Verstellen
des Sperrmechanismus, beispielsweise durch Verschwenken des in 1 bzw. 4 gezeigten Hakenankers oder der in 2 bzw. 3 gezeigten Sperrspindel,
wird ein Weiterdrehen des Sperrrads 9 ausgelöst, solange
bis ein Zahn der Sperrverzahnung 10, 15 wieder
mit einem Sperrhaken bzw. einer Sperrnase in Eingriff gelangt. Die
Bewegung des Sperrrads oder der in 4 gezeigten
Kolbenstange wird dabei in den Kolbenvortrieb umgesetzt. Die hierfür erforderliche
Vortriebskraft stammt von dem Vortriebsmechanismus und nicht von
dem Sperrmechanismus. Zum erneuten Ausstoß des Wirkstoffs wird der Sperrmechanismus
erneut betätigt.
Grundsätzlich kann die Betätigung des Sperrmechanismusses
von Hand erfolgen, beispielsweise durch Drücken eines Knopfes an einem
mechanisch zu betätigenden Injektionsgerät, beispielsweise
einem Injektionspen für
Diabetespatienten. Vorzugsweise wird die Ausstoßvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung jedoch elektronisch gesteuert, wozu eine nicht dargestellte
Steuerelektronik vorgesehen ist, die mit Hilfe eines nicht dargestellten Betätigungsmittels
den Sperrmechanismus kontrolliert freigibt. Durch einfaches Zählen der
Ereignisse, wenn der Sperrmechanismus freigegeben wird, kann jederzeit
die verabreichte Dosis berechnet werden. Da der Kolbenvortrieb,
wie vorstehend beschrieben, eineindeutig durch die Sperrverzahnung
vorgegeben ist, kann in Kenntnis des Übersetzungsverhältnisses dem
Verstellen des Sperrmittels um einen Zahnrad der Sperrverzahnung
eineindeutig ein Kolbenhub und damit eine ausgestoßene Wirkstoffdosis
zugeordnet werden. Durch einfaches Multiplizieren der Anzahl Ereignisse
mit dieser Wirkstoffdosis kann somit jederzeit die Gesamtwirkstoffdosis
berechnet werden.
Während
vorstehend beschrieben wurde, dass der Sperrmechanismus eine Sperrverzahnung und
eine mit dieser zusammenwirkende Sperrklinke umfasst, können grundsätzlich sämtliche
aus dem Stand der Technik bekannten geeigneten Sperrmechanismen
für die
Ausstoßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann das Haltemittel
ein Band sein, das von einer aus dem Stand der Technik bekannten Bandsperre
permanent gesperrt wird und das bei Freigabe der Bandsperre durchrutscht,
solange bis die Bandsperre erneut das Band klemmt. Selbstverständlich kann
eine solche Bandsperre mit jedem der vorstehend beschriebenen Sperrmechanismen
kombiniert werden. Bei einer solchen Variante würde die auszustoßende Dosis,
wie vorstehend beschrieben, eineindeutig durch eine Sperrverzahnung
und eine mit dieser zusammenwirkende Sperrklinke festgelegt werden.
Die Sperrklinke könnte
jedoch ohne größere Widerstandskräfte zwischen
den beiden Endstellungen hin- und herbewegt werden. Das eigentliche Weiterdrehen
des Sperrmittels würde
dann durch Freigabe der Bandsperre ausgelöst werden. Wenn die Sperrklinke
wieder mit der Sperrverzahnung in Eingriff gelangt, wird der weitere
Kolbenvortrieb beendet. Anschließend klemmt die Bandsperre
wieder das Band.
Selbstverständlich kann die Sperrklinke,
z. B. der Hakenanker oder die drehbewegliche Spindel, in jeder ihrer
Endstellungen verriegelt werden, um eine unkontrollierte Verstellung
der Sperrklinke zu verhindern.
Wie vorstehend beschrieben, kann
die erfindungsgemäße Ausstoßvorrichtung
sowohl in manuell betätigte
als auch in elektronisch betätigte
Infusions- oder Injektionsgeräte
eingebaut werden. Diese können
zur Injektion eines medizinischen Wirkstoffs, aber auch eines diagnostischen
Wirkstoffs, in menschliches, tierisches oder pflanzliches Gewebe verwendet
werden. Aufgrund des geringen Energiebedarfs der erfindungsgemäßen Ausschlussvorrichtung
eignet sich diese insbesondere zum Einsatz in Infusionspumpen zur
wiederholten Abgabe vergleichsweise kleiner Dosen eines therapeutischen Wirkstoffs über einen
vergleichsweise langen Zeitraum.
Eine ganz besonders bevorzugte Verwendung
betrifft die Langzeitabgabe von Insulin zum Einstellen des Blutzuckerspiegels
von Diabetespatienten. Hierzu kann die Infusionspumpe von einer
Regelung gesteuert werden, die mit einer Sensorik zur Bestimmung
des Blutzuckerspiegels verbunden ist. Die minimal verabreichbare
Wirkstoffdosis ist dabei im Wesentlichen durch die Sperrverzahnung
des Sperrmittels und durch das jeweils gewählte Übersetzungsverhältnis der
Ausstoßvorrichtung
vorgegeben und kann geeignet niedrig gewählt werden. Durch einfaches
Zählen,
wie oft der Sperrmechanismus freigegeben wird, weiß die Regelelektronik
stets, wie groß die
ausgestoßene
Dosis ist. Dies vereinfacht den Regelaufwand erheblich, da einfache
Zeitsteuerschaltungen verwendbar sind. Aufgrund des geringeren Energieaufwands
der Ausstoßvorrichtung
kann die Infusionspumpe über
einen vorteilhaft langen Zeitraum betrieben werden. Insbesondere
zur Diabetesbehandlung könnte
eine solche Infusionspumpe das Insulin durch eine 31-Gauge-Nadel
ausstoßen.