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Trennkolben für Injektionsspritzen
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Die Erfindung betrifft einen Trennkolben aus elastomerem Werkstoff
für Injektionsspritzen, insbesondere für Zweikammerspritzampullen, wobei der Trennkolben
einen äußeren, vorzugsweise mehrere Dichtlippe aufweisenden Dichtbereich und eine
innere Aufnahmehöhlung für einen Kolbenstangenkopf oder dergl. hat, die in Achsrichtung
einerseits vom Kolbenboden und andererseits von einer Ringwulst begrenzt ist.
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Trennkolben dieser Art sind bereits bekannt. Sie dienen zum Trennen
von zwei Ampullenkammern, in denen sich erst unmittelbar vor der Injektion miteinander
zu vermischende Medien befinden. Zum Gebrauchsfertigmachen der Injektionsspritze
wird das eine Medium im Trennkolbenbereich zum Überströmen gebracht und dem anderen
Medium zugeführt.
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Bereits bekannte Trennkolben für Zweikammerspritzampullen weisen in
nachteiliger Weise häufig ein aufwendiges Überströmsystem auf.
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Sie eignen sich insbesondere wegen dieses erhöhten Aufwandes praktisch
nicht für Zweikammerspritzampullen, die nur für einen einmaligen Gebrauch als sog.
"Wegwerfspritzen" vorgesehen sind.
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Andere, bereits bekannte Zweikammerspritzampullen weisen einen Trennkolben
auf, der durch seine besondere Ausbildung ein seitliches Vorbeiströmen der einen
Spritzenkomponente zwischen Trennkolben und Spritzenzylinder beim Zurückziehen des
Kolbens zuläßt. Bei diesen Trennkolben müssen bei
möglichst einfachem
Aufbau die speziellen Anforderungen, nämlich einerseits beim Injizieren größtmögliche
Dichtigkeit und Leichtgängigkeit und andererseits auch eine gute Umströmbarkeit
bei vergleichsweise geringem Betätigungskraft-Aufwand, berücksichtigt werden, Man
hat daher auch schon einen Trennkolben geschaffen, der diese Forderungen im wesentlichen
erfüllt und sich dahingehend in der Praxis bewährt hat. Dieser Trennkolben weist
an seinem vorderen bodenseitigen Ende eine schlauchartige, radial etwas nachgiebige
Manschette auf, die innen an einem zum vorderen Ende hin offenen, etwa ringförmigen
Hohlraum angrenzt. Dadurch wird einerseits der beim Ausschieben vor dem Kolben entstehende
Überdruck mit zur Abdichtung herangezogen, und andererseits ist durch die radiale
Nachgiebigkeit der Manschette ein gutes Überströmen beim Zurückziehen des Kolbens
ermöglichte Nachteilig ist dabei aber, daß der ringförmige Hohlraum in unerwünschter
Weise eine Ablagerungsstelle z.B. auch für Medikamentenrückstände und dergl.
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bildete Außerdem ist die Herstellung dieses Trennkolbens wegen seiner
komplizierten Umrißform verhältnismäßig aufwendig und teuer.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Trennkolben der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, der eine gute Abdichtung während des Injektionsvorgangs
ergibt und beim Mischvorgang ein weitgehend ungehindertes Überströmen der einen
Spritzenkomponente zwischen dem Trennkolben und dem Spritzenzylinder ermöglicht.
Bei diesen Vorgängen soll auch eine leichte Verschiebbarkeit des Trennkolbens gegeben
sein. Darüberhinaus soll der Trennkolben einfach im Aufbau und auch einfach und
kostengünstig herstellbar sein. Auch soll dieser Trennkolben in konventionellen
Spritzampullen verwendet werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen,
daß die Angriffsstelle des Kolbenstangenkopfes an der Ringwulst vergleichsweise
nahe am Kolbenaußenmantel gelagert und
die Kraftübertragungsstelle
zwischen der Kolbenstange und dem Kolben außerhalb des Dichtbereiches im rückwärtigen
Bereich des Kolbens vorgesehen ist. Dieser Trennkolben ist in der Lage, die vorerwähnten
Forderungen weitestgehend zu erfüllen, Dabei ergibt die Lagerung der Kraftübertragungsstelle
außerhalb des Dichtbereiches und im rückwärtigen Bereich je nach Verschieberichtung
des Trennkolbens eine erwünschte, jeweils unterschiedliche Materialverlagerung innerhalb
des Trennkolbens, einerseits im Sinne einer Abdichtung beim Injektionsvorgang und
andererseits im Sinne einer leichten Umströmbarkeit während des Mischvorganges.
Weiterhin wird durch die nahe an dem Kolbenaußenmantel gelagerte Angriffsstelle
des Kolbenstangenkopfes beim Zurückziehen des Trennkolbens ein unerwünschtes, etwa
radiales Auslenken der hinteren, von Dichtlippen freien, zylindrischen Kolbenpartie
- hier auch Kolbenhemd genannt - mit Anlage an der Ampullenwandung vermieden.
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Dies führt bei bereits bekannten Trennkolben häufig zu einer Erschwerung
der Kolbenrückziehbewegung und ggf. auch zu einem Blockieren. Bei einem Trennkolben,
der bei der Rückziehbewegung umströmt werden soll, ist dies von besonderem Nachteil,
weil sich dadurch auch noch ein unerwünschter Dichtbereich ergibt. Dies wird bei
dem erfindungsgemäßen Trennkolben in vorteilhafter Weise vermieden, da unter anderem
der für eine etwa radiale Auslenkbewegung wirksame Hebelarm vergleichsweise klein
ist.
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Eine zusätzliche Ausgestaltung zur Vermeidung einer Anlage des hinteren
Kolbenhemdes an der Ampullenwandung bei einer Rückziehbewegung sieht vor, daß der
Außendurchmesser des Kolbens zumindest in dem der Kraftübertragungsstelle benachbarten
Bereich kleiner als im Dichtbereich ist0 Vorteilhafterweise ist der sich unmittelbar
an die Kraftangriffsstelle zum Kolbenboden hin anschließende Mantelabschnitt vergleichsweise
dünn und ist elastisch verformbar ausgebildet. Diese Ausbildung begünstigt eine
erwünschte Verformung des Trennkolbens im Sinne einer guten Abdichtung bei der Injektion
und im Sinne einer guten Umströmbarkeit während des Mischvorganges.
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Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Kolbenstangenkopf im Bereich des
Kolbenbodens und des diesem benachbarten Bereiches des Kolbenmantels ein freier
Raum vorgesehen, in den der Kolbenboden bzw. der Dichtbereich etwas einrücken kann.
Insbesondere beim Zurückziehen des Kolbens für die Mischung der beiden Spritzenmedien
ist dadurch für ein etwa axiales Einrücken des Kolbenmantels in dessen Dichtbereich
Platz geschaffen.
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Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen
aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand
der Zeichnung noch näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht einer z.Teil aufgebrochen dargestellten
Zweikammerspritzampulle, Fig. 2 einen Längsschnitt eines vergrößert dargestellten
Abschnittes mit Trennkolben, Fig. 3 eine etwa Fig. 2 entsprechende Ansicht, hier
jedoch bei einer umgekehrten Bewegungsrichtung des Trennkolbens dargestellt und
Fig. 4 einen Trennkolben Im Längsschnitt mit eingesetztem Kolbenstangenkopf in stark
vergrößertem Maßstab.
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Eine Zweikammerspritzampulle 1 (Fig. 1) weist im wesentlichen einen
Ampullenzylinder 2 mit einer Hohlnadel 3, einen Trennkolben 4 und einen Abschlußkolben
5 sowie eine Kolbenstange 6 auf. In der vorderen Kammer 7 des Ampullenzylinders
2 befindet sich z.B. eine Trockenmasse 8, während die hintere, durch den Trennkolben
4 und den Abschlußkolben 5 begrenzte hintere Kammer 9 eine Flüssigkeit 10 beinhaltet.
Unmittelbar vor einer Injektion
wird der Trennkolben 4 mit der Kolbenstange
6 zurückgezogen, wobei die Flüssigkeit 10 seitlich außen an dem Trennkolben 4 vorbeiströmt
und in der vorderen Kammer 7 mit der Trockenmasse 8 vermischt wird. Während dieses
Mischvorganges liegt der Abschlußkolben 5 am hinteren Ende 11 des Ampullenzylinders
2 an einem Anschlag 12 an und dichtet die hintere Kammer 9 ab. Beim anschließenden
Injektionsvorgang werden der Trennkolben 4 und der dann rückseitig an ihm anliegende
Abschlußkolben 5 mittels der Kolbenstange 6 nach vorne bewegt, wobei die Injektionslösung
ausgeschoben wird und aus der Hohlnadel 3 austritt.
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Bei diesen vorerwähnten Vorgängen ist eine leichtgängige Kolbenbewegung
bei trotzdem guter Abdichtung während der Ausschiebbewegung des Kolbens erwünschte
Diese an sich gegensätzlichen Forderungen können durch die besondere Ausgestaltung
des Trennkolbens 4 erfüllt werden. Der Querschnitt eines erfindungsgemäßen Trennkolbens
4 in Fig. 4 läßt gut dessen Aufbau erkennen.
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Innerhalb einer Aufnahmehöhlung 13 des Trennkolbens 4 ist der Kolbenstangenkopf
14 gelagert, dessen Angriffsstelle 15 an den Trennkolben 4 im rückwärtigen Bereich
und insbesondere außerhalb des Dichtbereiches 16 des Kolbens 4 vorgesehen ist. Eine
nachteilige, gegenseitige Beeinflussung kann dadurch - wie später noch beschrieben
- vermieden werden. Die Angriffsstelle 15 weist jeweils eine etwa ringförmige Angriffsfläche
15a für eine Rückziehbewegung und eine etwa ringförmige Angriffsfläche 15b für eine
Vorschubbewegung des Trennkolbens 4 auf (Fig, 4).
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Die Aufnahmehöhlung 13 ist in Achsrichtung einerseits von dem Kolbenboden
17 und andererseits von einer Ringwulst 18 begrenzt.
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Diese Ringwulst stellt mit ihren etwa radial orientierten Ringflächen
jeweils eine Kraftangriffsstelle für den Kolbenstangenkopf 14 einmal bei einer Vorschub-
und zum anderen bei einer Rückziehbewegung dar. Der innerhalb der Aufnahmehöhlung
13 gelagerte Kolbenstangenkopf 14 entspricht in seinem Außendurchmesser in der Nähe
seiner Anlagestelle an der Ringwulst 18 etwa dem Innendurchmesser der Aufnahmehöhlung
13. Der Kolbenstangenkopf kann, wie strichliniert in Fig 4 eingezeichnet, plattenförmig
ausgebildet sein; die in den Figuren gezeigte Form ist jedoch besonders vorteilhafto
Der
Kolbenstangenkopf 14 ist dabei etwa kegelabschnittförmig ausgebildet und mit seinem
im Durchmesser geringeren Ende dem Kolbenboden 17 zugewandt. Dadurch ist der Kolbenstangenkopf
14 innerhalb der Aufnahmehöhlung 13 bis auf die Kraftangriffsstelle berührungsfrei
gelagert. Der freie, den Kolbenstangenkopf 14 umgebende Raum 19 ermöglicht eine
Elnrückbewegung des Kolbenbodens 17 sowie des diesem benachbarten Bereiches des
Kolbenmantels 20. Die Formgebung des Kolbenstangenkopfes 14 hat daneben auch noch
den Vorteil, daß die Aufnahmehöhlung 13 weitgehend ausgefüllt ist. Dies kann bei
ggf. in die Aufnahmehöhlung 13 eintretendes Spritzenmedium vorteilhaft sein, da
der "Leckverlust" dadurch nur gering ist, Bei der vorgesehenen kegelabschnittförmigen
Ausbildung des Kolbenstangenkopfes 14 ist das dem Kolbenboden 17 zugewandte Ende
im Durchmesser kleiner als der lichte Durchmesser der Ringwulst 18.
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Dadurch ist auch eine Montagehilfe beim Einstecken des Kolbenstangenkopfes
14 in die Aufnahmehöhlung 13 gegeben.
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Wie schon vorerwähnt, liegt die Kraftübertragungsstelle zwischen dem
Kolbenstangenkopf 14 und dem Trennkolben 4 außerhalb von dessen Dichtbereich 16,
in dem beispielsweise drei Dichtlippen 21 vorgesehen sind. Insbesondere in Verbindung
mit der vergleichsweise dünnen und elastisch verformbaren Ausbildung des sich unmittelbar
an die Kraftangriffsstelle zum Kolbenboden 17 hin anschließenden Mantelabschnittes
erreicht man beim Zurückziehen bzw beim Vorschieben des Trennkolbens 4 folgende
erwünschte Verformungsverhältnisse:
Durch den Pfeil Pf 1 in Fig.
3 ist die Rückziehbewegung des Trennkolbens 4 gekennzeichnet. Dabei wird die Zugkraft
von der Kolbenstange 6 auf den Trcnnkolben 4 im Bereich der Ringwulst 18 iibertragen.
I)ie der Betätigungskraft entgegenstehende Kraft rührt im wesentlichen von dem sich
in der vorderen Kammer 7 aufbauenden Vakuum und von dem in der hintoren Kammer 9
befindlichen Oberströmmedium her. Das Vakuum kann sich dabei durch die noch verschlossene
Jiohlnadel 3, bzw.
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bei noch fehlender llohlnadel, durch die noch verschlossene Öffnung
28 aufbauen. Fig. 1 läßt auch einen die llohlnadel 3 umfassenden und mit einer Gummidichtung
27 deren Öffnung abdichtenden Kantilenschutz 26 erkennen. Die Betätigungskraft greift
hauptsächlich - bezogen auf die
Kraftübertragungsstelle zwischen
dem Kolbenstangenkopf und dem Trennkolben - an dem dem Kolbenboden 17 näheren Bereich
des Trennkolben 4 an, Durch die relativ dünnwandige Ausbildung des zwischen den
entgegengesetzt kraftbeaufschlagten Kraftangriffsstellen liegenden Kolbenmantels
20 ist eine sich dabei ergebende radiale Einschnürung des Kolbenmantels begünstigt,
die etwa vergleichbar ist mit der Durchmesserverringerung eines elastischen, zugbeaufschlagten
Schlauches. Diese, in der Praxis geringfügige Einschnürung ist in Fig. 3 auf der
linken Seite zur Verdeutlichung vergrößert dargestellt. Deutlich ist dabei erkennbar,
daß durch die radiale Einrückbewegung die beiden hinteren Dichtlippen 21 von der
Wandung des Ampullenzylinders 2 abgehoben haben. Die dem Kolbenboden 17 benachbarte
Dichtlippe 21 liegt zwar noch an der Ampullenzylinderwand an, sie ist aber u.a.
auch durch die Aufwölbung (in Fig,3 vergrößert dargestellt) des Kolbenbodens 17
in ihrer Andruckkraft an der Zylinderwandung reduziert (vergl. Pfeile Pf 2). Die
vorbeschriebene Verformung des Trennkolbens 4 außerhalb der Kraftübertragungsstelle
an der Ringwulst 18 schafft die Voraussetzung für eine gute Umströmbarkeit des Trennkolbens
4 während des Mischvorganges bei vergleichsweise geringem Betätigungskraftaufwand.
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Um bei der Rückziehbewegung des Trennkolbens 4 mit Sicherheit eine
unerwünschte Berührung der von Dichtlippen 21 freien Kolbenpartie, inbesondere des
unteren Kolbenhemd-Randes 22a mit dem Ampullenzylinder 2 zu vermeiden, ist der Außendurchmesser
des Kolbens zumindest in dem der Kraftübertragungsstelle benachbarten Bereich kleiner
als im Dichtbereich. Dies gilt auch bei in Dichtstellung verformten Dichtlippen
21.
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Fig. 2 zeigt den Querschnitt eines Trennkolbens 4, wie er sich bei
einer durch den Pfeil Pf 3 gekennzeichneten Ausschiebebewegung darstellt. Die dabei
auftretenden Kraftkomponenten - Betätigungskraft gem Pfeil Pf 3 einerseits und die
entgegengesetzte Druckkraft (Pfeil Pf 4) des in der vorderen Kammer 7 befindlichen
Injektionsmedium andererseits - bewirken insgesamt eine Stauchung
und
damit das Bestreben einer etwa radialen Erweiterung des Trennkolbens 4. Die Dichtlippen
21 werden dadurch verstärkt gegen die Ampullenzylinderwandung gedrückt (Pfeile Pf
5) und sorgen für eine gute Abdichtung. Auch durch die auftretende, geringfügige
Eindellung des Kolbenbodens 17 wird der gegen die Zylinderwand radial wirkende Andruck
der Dichtlippen 21 verbessert.
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Die Krafteinleitung bei der Ausschiebebewegung von der Kolbenstange
6 auf den Trennkolben 4 erfolgt durch einen Druckflansch 23. Dieser schließt sich
an einen rückseitig des Kolbenstangenkopfes 6 befindlichen Kolbenstangenhals-Abschnitt
24 an und liegt von außen her an der Ringwulst 18 an. Der Druckflansch 23 ist in
Funktionsstellung innerhalb des Trennkolbenumrisses gelagert, so daß u.a. auch die
Seitenführung verbessert ist.
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Die in Fig. 2 erkennbare Aufbauchung 25 des Kolbenhemdes 22 kann sich
bei einem besonders starken Betätigungsdruck bis an die Wandung des Ampullenzylinders
2 vergrößern, so daß dann noch eine zusätzliche Dichtzone beim Injektionsvorgang
entstehen kann.
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Die axiale Erstreckung der Ringwulst 18 entspricht etwa dem Abstand
zwischen den dieser zugewandten Seiten des Kolbenstangenkopfes 14 sowie des Druckflansches
23. Dadurch ist eine sichere und spielfreie Verbindung zwischen dem Trennkolben
4 und der Kolbenstange 6 gegeben.
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Insbesondere Fig. 4 läßt erkennen, daß der Außendurchmesser des Kolbenstangenhals-Abschnittes
kleiner ist als der lichte Innendurchmesser der Ringwulst 18. Dadurch sind vor allem
bezüglich der Abdichtung im Kraftübertragungsbereich zwischen der Kolbenstange 6
und den Trennkolben 4 definierte Verhältnisse geschaffen, wobei sich jeweils an
den radial orientierten Flächen der Ringwulst 18 Dichtzonen ergeben.
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Um die vorerwähnten, insbesondere anhand der Figuren 2 und 3 beschriebenen,
erwünschten Verformungen des Trennkolbens 4 zu erreichen, sind neben der besonderen
Lageanordnung der Kraftangriffsstelle 15 und der Ausbildung des Kolbenmantels 20
auch die Durchmesserverhältnisse des Außcndurch-messers D des Trennkolbens 4 und
des mittleren Durchmessers d der Angriffsstelle von Bedeutung. Diese Durchmesserverhältnisse
bewegen sich abhängig von der jeweiligen Größe des Maßes D im wesentlichen in einem
Bereich von D:d = 1,4:1 bis 1,8:1. Die etwa ringförmige Angriffsstelle 15 mit den
ringförmigen Angriffsflächen des Kolbenstangenkopfes 14 bzw. des Druckflansches
23 sind somit - wie auch in den Figuren anschaulich dargestellt - vergleichsweise
nahe an dem Kolbenaußenmantel gelagert, wodurch unerwünschte Verformungen des Trennkolbens
4 bei Betätigung vermieden werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Trennkolben 4 ist auch von Vorteil, daß
er wegen seines vergleichsweise einfachen, unkomplizierten Aufbaues und seiner Formgebung
kostengünstig herstellbar ist.
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Dazu trägt auch der verhältnismäßig geringe Materialaufwand bei, der
durch die dünnwandige, hohle Ausbildung des Trennkolbens 4 bedingt ist Ferner ist
von Vorteil, daß ein beim hersteller und/ oder beim Verwender durchgeführter Wasch-
bzw. Reinigungsprozeß durch die relativ einfache, praktisch keine schlecht zugänglichen
Stellen aufweisende Ausbildung der Aufnahmehöhlung 13, ausgesprochen wirkungsvoll
ist. Somit stellt der erfindungsgemäße Trennkolben 4 auch dort, wo es auf Steriliät
ankommt, eine dafür begünstigtc Ausführungsform dar.
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Unter anderem auch wegen der erwünschten Verformbarkeit bcsteht der
erfindungsgemäße Trennkolben 4 insbesondere aus einem elastomeren Werkstoff, wie
beispielsweise Gummi od.dgl..
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- Patentansprüche -