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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spritzenpumpe zur Injektion einer Flüssigkeit zur medizinischen Behandlung. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen Kupplungsmechanismus einer solchen Spritzenpumpe.
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Solche Spritzenpumpen oder Perfusoren zur Injektion einer flüssigen Medizin enthalten ein Gehäuse mit einer Einrichtung zur Befestigung einer Injektionsspritze, eine mit einem Antrieb versehene Spindel, ein Gleitstück mit einer Einrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung der Spindel in eine lineare Bewegung einer Schubmutter und zur Übertragung der linearen Bewegung der Schubmutter auf die Kolbenstange oder Schubstange der Injektionsspritze, sowie zur Befestigung eines Teiles der Kolbenstange, und einen Kupplungsmechanismus zur Kopplung bzw. Entkopplung des Gleitstücks mit bzw. von der Drehbewegung der Spindel.
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Der Kupplungsmechanismus dient dazu, eine manuelle linearen Bewegung des Gleitstücks zu ermöglichen, wenn die Injektionsspritze an der Pumpe befestigt bzw. von ihr gelöst wird.
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5 zeigt einen Querschnitt eines herkömmlichen Kupplungsmechanismus einer solchen Pumpe Durch Drehen einer Halbmutter 20 um die Achse einer Kupplungswelle 22 wird ein (nicht dargestelltes) Gleitstück über die Halbmutter 20 zur Übertragung der Drehbewegung einer Spindel 2 auf das Gleitstück mit der Spindel gekoppelt oder von ihr entkoppelt Da bei einer Drehung der Spindel 2 eine Kraft in Radialrichtung der Spindel auf die Halbmutter 20 ausgeübt wird, muß die Halbmutter 20 durch eine Zugfeder 21 an die Spindel 2 angepreßt werden, damit die Drehbewegung der Spindel 2 sicher auf die Halbmutter 20 übertragen wird.
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Bei diesem bekannten Kupplungsmechanismus übt die Halbmutter 20 ständig eine Reibkraft auf die Spindel 2 aus. Wenn eine Gewindeflanke der Spindel 2 und eine Gewindekante der Halbmutter 20 beim Eingriff von Spindel und Halbmutter miteinander zufällig aufeinander stoßen, tritt eine Abnutzung der Gewindeflanke der Spindel 2 auf. Diese Abnutzung bewirkt eine Verringerung der Genauigkeit beim Vorschub, was seinerseits die Genauigkeit der Injektion der medizinischen Flüssigkeit beeinträchtigt.
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Darüber hinaus kann beim In-Eingriff-Treten der Halbmutter 20 mit der Spindel 2 ein Positionsfehler der Spindel 2 bis zu maximal der halben Gewindesteigung der Spindel 2 auftreten. Dieser Positionsfehler der Spindel 2 verursacht ebenfalls einen Fehler bei der Einspritzmenge der medizinischen Flüssigkeit
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Eine Spritzenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der
EP 0 229 450 A1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik umfaßt die Kupplung ein Gewindeteil in Form einer Halbmutter wie voranstehend unter Bezugnahme auf
5 erläutert.
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Die Druckschriften
DE 41 12 259 A1 und
EP 0 058 536 A1 offenbaren beide eine Injektionsspritze mit Dosiereinrichtung zur manuellen Injektion einer voreingestellten Menge.
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Bei der
EP 0 058 536 A1 umfaßt die Dosiereinrichtung eine in den Zylinder der Injektionsspritze eingesteckte und dreh- und verschiebefest mit ihm verbundene Hülse mit Innengewinde, in die ein Stempel mit Außengewinde, der auf den Kolben der Injektionsspritze einwirkt, eingeschraubt ist. Eine Antriebsstange reicht axial in die Hülse und den Stempel hinein steht drehfest, aber verschiebbar mit dem Stempel in Verbindung. An ihrem der Nadel der Injektionsspritze abgewandten Ende trägt die Antriebsstange außerhalb der Hülse drehfest ein Klinkenrad. Auf das Klinkenrad ist ein Drehknopf mit einer Klinke aufgesetzt, der bei Drehung in einer ersten Richtung das Klinkenrad mitnimmt und in der entgegengesetzten zweiten Richtung sich relativ zum Klinkenrad dreht Zur Injektion einer bestimmten Menge wird der Drehknopf zunächst in der zweiten Richtung um einen die Menge einstellenden Winkel verdreht, um dann um diesen Winkel in der ersten Richtung zurückgedreht zu werden. Die Rückdrehung wird über das Klinkenrad und die Antriebsstange auf den Stempel übertragen. Letzterer wird dabei aus der Hülse herausgedreht und drückt den Kolben der Injektionsspritze entsprechend in deren Zylinder hinein.
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Aus der
DE 41 12 259 A1 ist eine ähnliche, aber sehr viel kompliziertere Dosiereinrichtung bekannt, die zusätzlich mit einer Einrichtung versehen ist, welche eine unabsichtliche Verstellung verhindert Die Dosiereinrichtung besitzt einen längenverstellbaren Stempel mit zwei ineinander geschraubten Stempelteilen. Der Stempel kann schrittweise immer weiter verlängert werden, wobei jeder Verlängerungsschritt die Dosismenge einer jeweiligen Injektion einstellt. Eine Verlängerung des Stempels erfordert die Drehung einer seiner beiden Stempelteile relativ zum anderen. Damit sich der andere Stempelteil nicht mitdreht, muß er zur Verlängerung drehfest arretiert werden. Die bekannte Dosiereinrichtung besitzt eine Ruhestellung und eine Arbeitsstellung. Zwischen beiden wird durch axiale Verschiebung eines Betätigungsknopfes umgeschaltet. Nur in der Arbeitsstellung ist der genannte andere Stempelteil arretiert, d. h., nur in der Arbeitsstellung kann einen Dosiseinstellung vorgenommen werden Wenn eine Dosiseinstellung erfolgt ist, kann der Stempel über den Betätigungsknopf in Richtung auf den Kolben der Injektionsspritze gedrückt werden, der daraufhin um eine Strecke weiter in den Zylinder der Injektionsspritze hineingeschoben wird, die der zuvor erfolgten Längenänderung des Stempels entspricht.
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Angesichts des Voranstehenden besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Spritzenpumpe zu schaffen, die es erlaubt, die Abnutzung der Gewindeflanke der Spindel zu verhindern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht dann, eine Spritzenpumpe zu schaffen, die es ermöglicht, einen Positionsfehler der Spindel zu vermeiden, wenn der Kupplungsmechanismus eingerückt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spritzenpumpe gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt einer Spritzenpumpe mit einem Kupplungsmechanismus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 einen Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung des Kupplungsmechanismus von 1,
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3(a), 3(b), 3(c) den Befestigungsmechanismus für das distale Ende der Kolbenstange der Injektionsspritze, der mit dem Kupplungsmechanismus und dem Kupplungshebel von 2 zusammen wirkt,
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4 eine Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des Kupplungsmechanismus gemäß der Erfindung,
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5 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Kupplungsmechanismus einer Spritzenpumpe.
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Gemäß Darstellung in 1 ist eine Vorschubspindel 2 (nachfolgend einfach als Spindel bezeichnet) über eine Koppeleinrichtung mit einem Motor 1 gekoppelt. Eine Vorschubmutter 3 (nachfolgend einfach als Mutter bezeichnet) steht mit der Spindel 2 im Eingriff. Ein Gleitstück 5 ist mittels Kugellagern an der Mutter 3 angebracht. Das Gleitstück 5 ist in Axialrichtung der Spindel 2 längs einer Führungsschiene 6 mit der linearen Bewegung der Mutter 3 entlang der Spindel beweglich. Ein Schieber 8 ist an dem Gleitstück 5 befestigt. Wie später unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert, trägt das Gleitstück 5 eine axial unverschiebbare, aber drehbare Sperrklinke 7. Die Sperrklinke 7 ist dafür vorgesehen, die Drehung der Mutter 3 zu verhindern oder zu ermöglichen. In 1 ist in ausgezogenen Linien der Zustand dargestellt, bei dem die Mutter 3 und die Sperrklinke 7 miteinander im Eingriff sind, während in gestrichelten Linien der Zustand dargestellt ist, bei dem dieser Eingriff gelöst ist.
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In dem Zustand, wo die Mutter 3 und die Sperrklinke 7 miteinander im Eingriff stehen, wird die Mutter 3 an einer Drehung gehindert. In diesem Fall wird die Drehung des Motors 1 über die Koppeleinrichtung auf die Spindel 2 übertragen, und die Drehbewegung der Spindel 2 wird in eine lineare Bewegung der Mutter 3 umgesetzt. Die lineare Bewegung der Mutter 3 bewegt, über das Gleitstück 5, den Schieber 8 linear. Ein Teil eines Zylinders 9 der Injektionsspritze ist an einem Gehäuse 23 befestigt, das den Antriebsmechanismus mit Spindel enthält. Eine Schub- oder Kolbenstange 10 ist an ihrem freien Ende 10a an dem Schieber 8 fixiert. Die flüssige Medizin in der Injektionsspritze wird dadurch, daß sich der Schieber 8 in Richtung auf die fixierte Injektionsspritze bewegt, unter Druck gesetzt und zugeführt.
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Bei manueller linearer Bewegung des Schiebers 8 in dem Zustand, wo die Mutter 3 und die Sperrklinke 7 entkoppelt sind, führt die Mutter 3 längs der stationären Spindel 2 eine lineare Bewegung aus, während sie sich vermittels der Kugellager 4 im Gleitstück 5 zugleich dreht.
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Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel stehen die Gewindeflanken der Mutter 3 und die Gewindeflanken der Spindel 2 ständig im Gleiteingriff miteinander. Eine Abnutzung der Gewindeflanken kann dadurch verhindert werden, daß sie mit einem Schmiermittel versehen werden oder aus einem Material hergestellt werden, das selbst eine gewisse Schmierfähigkeit aufweist.
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Der Kupplungsmechanismus des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist deshalb besser als der herkömmliche, die Halbmutter 20 verwendende Kupplungsmechanismus, weil bei ersterem eine geringere Abnahme der Vorschubgenauigkeit auftritt. Außerdem ist bei dem beschriebenem Ausführungsbeispiel eine geringere Kraft zum Lösen des Kupplungszustands erforderlich, da die Mutter 3 nicht mittels einer Feder an die Spindel 2 angedrückt zu werden braucht.
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Die Kugellager 4 (es kann sich ggfs. auch um ein einziges handeln) verringern die Reibung in Druckrichtung, die von der Drehung der Mutter 3 zwischen der Mutter 3 und dem Gleitstück 5 herrührt. Daher erleichtern die Kugellager 4 eine manuelle Bewegung des Schiebers 8. Ein anderes herkömmliches Lager, etwa ein Gaslager, kann anstelle eines Kugellagers verwendet werden.
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Dadurch, daß man die Spindel 2 mit einer relativ großen Gewindesteigung versieht, können der Reibungsverlust bei einer Drehung der Mutter 3 weiter verringert und der Schieber 8 leicht manuell bewegt werden. Es hat sich herausgestellt, daß eine Steigung der Spindel 2 entsprechend einem Winkel von 20 Grad oder mehr günstig ist.
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2 ist eine Schnittansicht senkrecht zur Axialrichtung des Kupplungsmechanismus von 1. In 2 zeigt den entkuppelten Zustand. Der gesamte Umfang der Mutter 3 ist mit einer Verzahnung versehen. Die Drehbewegung der Mutter 3 wird verhindert, wenn einige Zähne dieser Verzahnung mit Rastzähnen der Sperrklinke 7 im Eingriff stehen. Durch Verhindern einer Drehbewegung der Mutter 3 wird die Drehbewegung der Spindel 2 in eine lineare Bewegung der Mutter 3 umgewandelt. Durch Lösen der Sperrklinke 7 und der Verzahnung der Mutter 3 voneinander wird die Mutter 3 um die Achse der Spindel 2 drehbar. Wenn die Mutter 3 in dieser Weise drehbar ist, kann sie eine lineare Bewegung längs der Spindel 2 in oben schon beschriebener Weise ausführen, ohne daß sich die Spindel 2 dreht oder drehen müßte.
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Dadurch, daß die Verzahnung sich über den gesamten Umfang der Mutter 3 erstreckt, wird der Versatz des Schiebers 8, wenn der Kupplungsmechanismus eingerückt wird, gegenüber dem beim herkömmlichen Kupplungsmechanismus drastisch verringert. Dies ist darin begründet, daß der maximale Versatz der linearen Bewegungsstrecke der Mutter 3 längs der Spindel 2 entspricht, die mit einer Drehung der Mutter 3 um eine halbe Zahnteilung der Verzahnung am Umfang der Mutter 3 verbunden ist.
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Der vorgenannte Versatz δa ist durch folgende Gleichung (1) gegeben, wenn die Gewindesteigung der Spindel mit L und die Anzahl der Zähne am Umfang der Mutter 3 mit m bezeichnet werden: δa = L/2m (1)
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Der Versatz δb, der beim herkömmlichen Kupplungsmechanismus mit der Halbmutter 20 auftritt, ergibt sich aus der folgenden Gleichung (2), worin n die Anzahl der Gewindegänge der Spindel 2 ist. δb = L/2n (2)
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Da der Kupplungsmechanismus problemlos so ausgelegt werden kann, daß die Bedingung m > n erfüllt wird, kann der Versatz δa gemäß der Erfindung kleiner als der Versatz δb des herkömmlichen Mechanismus gemacht werden.
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2 zeigt auch den Mechanismus zur manuellen Bewegung der Sperrklinke 7. Wenn der Handgriff 11a eines Kupplungshebels 11 in die Richtung des mit A bezeichneten Pfeiles bewegt wird, dreht sich der Kupplungshebel 11 um einen Gelenkpunkt 11b, und ein Haken 11c an der Spitze des Kupplungshebels 11 bewegt sich von der Spindel 2 weg. Der Haken 11c löst die Sperrklinke 7 von der Spindel 2 über einen Federbock 12.
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Wenn der Handgriff 11a in die Richtung des mit B bezeichneten Pfeiles bewegt wird, nähert sich der Federbock 12 aufgrund der Rückstellkraft einer in ihn eingesetzten Druckfeder 13 der Spindel 2. Die von dem Federbock 12 vorgestoßene Sperrklinke 7 tritt mit einigen Zähnen der sich über den ganzen Umfang der Mutter 3 erstreckenden Verzahnung in Eingriff, womit die Drehbewegung der Mutter 3 verhindert wird.
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Die 3(a), 3(b) und 3(c) zeigen den Befestigungsmechanismus für das freie Ende 10a der Kolbenstange der Injektionsspritze, die mit dem Kupplungsmechanismus in 2 und dem Kupplungshebel 11 zusammen wirkt.
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Ein Stift 11d ist an dem Kupplungshebel 11 angeordnet. Wenn in 3(a) der dort nicht gezeigte Handgriff 11a in der durch den Pfeil A bezeichneten Richtung bewegt wird, bewegt sich der Stift 11d in der durch den Pfeil C bezeichneten Richtung und dreht ein Zahnrad bzw. Sektorzahnrad 14 gegen die Kraft einer Zugfeder 15. Die Drehung des Zahnrads 14 überträgt sich auf ein mit ihm im Eingriff stehendes Zahnrad 16. Wenn sich das Zahnrad 16 dreht, öffnet sich ein Klemmhebel 17, der an dem Zahnrad 16 befestigt ist, und gibt das freie Ende 10a der Kolbenstange frei.
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Wenn gemäß Darstellung in 3(b) der dort wiederum nicht gezeigte Handgriff 11a in Richtung des mit B bezeichneten Pfeiles bewegt wird, wird das Zahnrad 14 von der Zugfeder 15 gedreht, die sich zusammenzieht. Eine Drehung des Zahnrads 14 wird auf das Zahnrad 16 übertragen, das Zahnrad 16 dreht sich, um den Klemmhebel 17 zu schließen.
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Gemäß Darstellung in 3(c) wird das freie Ende 10a der Kolbenstange der Injektionsspritze durch den Klemmhebel 17 fixiert, nachdem es an einer vorbestimmten Position einer Lagerstütze 18 angeordnet wurde.
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4 zeigt einen Querschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels des Kupplungsmechanismus gemäß der Erfindung. Auch in diesem Fall stehen die Spindel 2 und die Mutter 3 ständig miteinander im Eingriff. Ein Bremsklotz 19 ist außerhalb der Mutter 3 vorgesehen. Durch Andrücken des Bremsklotzes 19 an die Mutter 3 wird deren Drehbewegung unterbunden. Durch Lösen des Bremsklotzes 19 von der Mutter 3 wird diese drehbar. Es bedarf keiner weiteren Erläuterung, daß auch in diesem Fall der Vorteil einer sehr geringen Verstellung durch das In-Eingriff-Bringen des Bremsklotzes 19 mit der Mutter 3, d. h. das Einrücken des Kupplungsmechanismus, erzielt wird.
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Da bei der vorliegenden Erfindung die Spindel und die Mutter ständig miteinander im Eingriff stehen und die Gewindeflanken der Spindel und der Mutter über die gesamte Fläche der Gewindeflanken der Mutter miteinander im Eingriff stehen, tritt an beiden Gewindeflanken weniger Reibung auf. Infolgedessen ergibt sich auch eine geringere Abnahme der mechanischen Präzision des Gleitstücks. Damit wird die mechanische Lebensdauer der Pumpe verlängert und die anfängliche Injektionsgenauigkeit der medizinischen Flüssigkeit aufrecht erhalten.
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Da der Versatz bzw. die Verstellung der Kolbenstange beim Einrücken des Kupplungsmechanismus gering ist, wird die Injektionsgenauigkeit der Flüssigkeit verbessert. Als Ergebnis wird die flüssige Medizin exakt nach ärztlicher Anweisung injiziert.
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Da die Mutter für die vorliegende Erfindung leichter herstellbar ist als die des herkömmlichen Kupplungsmechanismus, werden darüber hinaus noch die Herstellungskosten für die Pumpe verringert.
