DE29612772U1

DE29612772U1 - Miniaturisierte Kolben-Dispenserpumpe

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Publication number: DE29612772U1
Application number: DE29612772U
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2006-07-24

Description

Miniaturisierte Kolben-Dispenserpumpe Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kolben-Dispenserpumpen und insbesondere auf eine miniaturisierte Kolben-Dispenserpumpe für zum Beispiel medizinische Anwendungen, die selbst bei einem großen Arbeitsdruck eine hohe Durchflußkonstanz ermöglicht.

Die Anforderungen an miniaturisierte Kolben-Dispenserpumpen besonders im medizinischen Bereich, bestehen in einer hohen Durchflußkonstanz, einem weiten Förderbereich und einem pulsationsarmen Fluß selbst bei einem hohen Arbeitsdruck. Ferner sind beispielsweise bei medizinischen Daueranwendungen, bei denen einem Patienten über einen längeren Zeitraum eine sehr genau dosierte Menge eines Medikamentenfluids verabreicht werden muß, ein geringes Gewicht und ein geringer Energieverbrauch der miniaturisierten Kolben-Dispenserpumpe entscheidende beim Entwurf der Dispenserpumpe zu berücksichtigende Merkmale.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kolben-Dispenserpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Eine Spritze 12 mit einem Spritzenzylinder 12a und einem Spritzenkolben 12b ist an einer Halterung 14 geklemmt befestigt. Eine Motor/Getriebe-Anordnung 16, die aus einem Motor 16a und aus einem Getriebe 16b zusammengesetzt ist, ist ebenfalls in fester Beziehung zu der Spritze 12 an der Halterung befestigt. Der Motor 16a treibt über das Getriebe 16b eine Spindel 18 an, die durch ein Gegenlager 20 drehbar gelagert ist. Die Spindel 18 weist ein in der Technik bekanntes Außengewinde auf, das mit einem entsprechenden Innengewinde eines Gleitstücks 2 2 in Eingriff ist. Das Gleitstück 22 ist mit einer Kolbenstange 24 verbunden, die den Kolben 12b in Eingriff nimmt, um bei entsprechender Betätigung der Spindel 18 ein Arbeitsfluid 2 6 durch eine Spritzenspitze 12c der Spritze 12 über

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eine Schlauchanordnung oder ähnliches beispielsweise in eine Vene eines Patienten zu befördern.

Im Betrieb weist die Kolben-Dispenserpumpe 10 gemäß dem Stand der Technik einige Nachteile auf. Wird beispielsweise die Spindel 18 derart gedreht, daß sich das Gleitstück 22 bezüglich Fig. 1 nach rechts bewegt, so wirkt auf die Kolbenstange 24 eine nach rechts gerichtete Kraft, die durch einen Kraftpfeil 28 symbolisch dargestellt ist. Durch die nach rechts gerichtete Kraft 28 wird der Spritzenkolben 12b über die Kolbenstange 24 nach rechts geschoben, um ein Arbeitsf luid 26 aus der Spritzenspitze 12c zu treiben. Bei der Kolben-Dispenserpumpe 10 gemäß dem Stand der Technik wird, wie es für Fachleute offensichtlich ist, das Gleitstück 22 aus seiner senkrechten Anordnung bezüglich der Spindel 18 und der Kolbenstange 24 beispielsweise nach links verkippt, wenn die Kolben-Dispenserpumpe einen großen Gegendruck überwinden muß. Dieselbe Verkippung, jedoch lediglich in der anderen Richtung, tritt auf, wenn die Kolben-Dispenserpumpe einen großen Gegendruck überwinden muß, um aus einer Kolbenposition, die einer vollständigen Entleerung entspricht, aus einem Arbeitsfluidbehälter (nicht gezeigt) Arbeitsfluid 26 anzusaugen.

Die Verkippung des Gleitstücks 22, die beispielsweise aufgrund des zum Funktionieren erforderlichen Gewindespiels zwischen dem Gleitstück 22 und der Spindel 18 auftritt, führt zu einer erhöhten Reibung zwischen der Spindel 18 und dem Gleitstück 22. Zur Überwindung dieser erhöhten Reibung muß der Motor 16a eine höhere Ausgangsleistung erzeugen, was zum einen zu einem höheren Energieverbrauch des Motors 16a und zum anderen zu einer schnelleren Abnutzung der entsprechenden Gewinde des Begleitstücks 22 und der Spindel 18 führt.

Ferner ist es möglich, daß durch die Verkippung des Gleitstücks 22 die Achse der Kolbenstange 24 aus ihrer koaxialen Beziehung bezüglich der Achse des Spritzenzylinders 12a ge-

bracht wird. Sind die Kolbenstange 24 und der Spritzenzylinder 12a nicht parallel ausgerichtet, so wird dies ebenfalls zu einer höheren Reibung zwischen dem Spritzenkolben 12b und dem Spritzenzylinder 12a führen, was sogar bei entsprechend hohen Gegendrücken aus einer kontinuierlichen Vorwärtsbewegung der Kolbenstange 24 eine ruckartige Vorwärtsbewegung des Spritzenkolbens 12b bewirken kann. Tritt eine ruckartige Vorwärtsbewegung des Kolbens 12b in dem Spritzenzylinder 12a auf, so wird die Augenblicksmenge des durch die Spritzenspitze 12c abgegebenen Arbeitsfluids 26 nicht mehr konstant sein, sondern Maxima und Minima aufweisen. Eine gleichmäßige Abgabe des Arbeitsfluids 26, welche besonders bei medizinischen Langzeitanwendungen gefordert sein kann, ist somit mit der Kolben-Dispenserpumpe 10 gemäß dem Stand der Technik nicht zu erreichen. Die erhöhte Reibung zwischen dem Innengewinde des Gleitstücks 23 und dem Außengewinde der sich drehenden Spindel 18 wird ferner zu einem erhöhten Verschleiß dieser beiden Gewinde führen, wodurch die Lebensdauer der Kolben-Dispenserpumpe gemäß dem Stand der Technik beeinträchtigt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kolben-Dispenserpumpe zu schaffen, die selbst bei einem hohen Arbeitsdruck eine hohe Durchflußkonstanz und einen pulsationsarmen Fluß ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Kolben-Dispenserpumpe gemäß Anspruch 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die im Zusammenhang mit der Kolben-Dispenserpumpe gemäß dem Stand der Technik auftretenden Probleme in dem Abstand zwischen der Spindelachse und der Achse der Kolbenstange begründet sind. Zu einer Kraftübertragung von der Spindel zu der Kolbenstange ist ein Gleitstück notwendig, das eine bestimmte Länge aufweist. Über diese Länge des Gleitstücks kann die Kolbenstange das Gleitstück wie einen Hebel gegenüber der Spindel verkippen. Dieses Verkippen des Gleitstücks, das zu

der beschriebenen höheren Reibung und zu dem damit einhergehenden höheren Energieverbrauch und höheren Verschleiß führt, wird auch durch sehr geringe Längen des Gleitstücks, d.h. durch eine sehr geringe Beabstandung zwischen Spindel und Kolbenstange, nicht vollständig eliminiert.

Bei einer Kolben-Dispenserpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Achse der Spindel koaxial zu dem Spritzenkolben angeordnet, wodurch das Gleitstück eliminiert wird. Die bezüglich des Spritzenkolbens drehfeste Spindel wird über eine Hohlwelle angetrieben, wobei bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nun die Achse der Hohlwelle, die Achse der Kolbenstange sowie die Achse des Spritzenkolbens koaxial sind. Dadurch, daß bei der Kolben-Dispenserpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung auf den Spritzenkolben lediglich eine Vorwärts- bzw. Rückwärtskraft und keine seitliche Kraft, wie sie beim Stand der Technik durch Verkippen des Gleitstücks auftritt, wirkt, tritt eine erhöhte Reibung weder zwischen der Hohlwelle des Getriebes und der Spindel noch zwischen dem Spritzenkolben und dem Spritzenzylinder auf. Zusätzlich zu der Erhöhung der Lebensdauer der Kolben-Dispenserpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung und zusätzlich zum geringeren Energieverbrauch aufgrund der vorhandenen geringen Reibung ermöglicht die Kolben-Dispenserpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung eine genau steuerbare Fördermenge, eine hohe Durchflußkonstanz, einen weiten Förderbereich und einen pulsationsarmen Fluß selbst bei einem sehr hohen Arbeitsdruck. Da bei der Kolben-Dispenserpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung kein Gleitstück mehr benötigt wird, und da ein Motor mit verringerter Ausgangsleistung eingesetzt werden kann, kann ferner das Gewicht der Kolben-Dispenserpumpe gering gehalten werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kolben-Dispenserpumpe gemäß dem Stand der Tech-

nik; und

Fig. 2 eine Kolben-Dispenserpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung

Fig. 2 zeigt eine Kolben-Dispenserpumpe 50 gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Spritze 52 weist einen Spritzenzylinder 52a, einen Spritzenkolben 52b und eine Spritzenspitze 52c auf, wobei der Spritzenkolben 52b mittels eines O-Rings 54 mit dem Durchmesser 4 &khgr; 1,5 mm gegenüber dem Spritzenzylinder 52a abgedichtet ist. Die Spritze 52 ist eine Spritze vom Typ Unimetrics 7042 mit einem Fördervolumen von 2,5 ml, wobei der Glas-Spritzenzylinder 52a auf 45 mm gekürzt ist. Die Spritzenspitze 52c weist ein Außengewinde auf, damit ein Schlauchverbinder, eine Injektionsnadel oder dergleichen an derselben befestigt werden kann. Ein Metallkopf 56, an dem die Spritzenspitze 52c befestigt ist, dient zum Schutz des Spritzenzylinders 52a, damit die Spritze 52 in einer Halterung 58, die als PVC-Drehteil ausgeführt sein kann, eingefügt werden kann.

Am bezüglich der Spritzenspitze 52c vorderen Teil der Halterung 58 befindet sich eine überwurfmutter 60, die an ihrem bezüglich Fig. 2 linken Teil ein Innengewinde aufweist, das an ein an entsprechender Position der Halterung 58 vorgesehenes Außengewinde angepaßt ist. Nach dem Abschrauben der Überwurfmutter 60 kann die Spritze 52 entnommen werden, wonach für eine weitere Anwendung eine andere Spritze eingesetzt werden kann. Durch die Schraubverbindung zwischen der Überwurfmutter 60 und der Halterung 58 ist somit ein einfacher Austausch von verschiedenen Spritzen möglich.

Der Spritzenkolben 52b, der eine Innenbohrung aufweist, ist durch einen Spindelvorstand 62, der sich in die Bohrung des Spritzenkolbens 52b erstreckt, mit einer Spindel 64 verbunden. An dem bezüglich der Spritze entgegengesetzten Ende der Spindel 64 befindet sich ein Gleitstück 66, das über einen Gleitstückvorstand 68 der Spindel 64 dieselbe drehfest in

Eingriff nimmt.

Das Gleitstück 66 gleitet auf zwei Sechskant-Gewindebolzen 70 (in Fig. 2 nur einer gezeigt) mit einem Gewinde M 3 &khgr; 40, die die Spindel 68 linear führen und ebenfalls gegen ein Verdrehen sichern. Die Sechskant-Gewindebolzen sind an ihren jeweiligen Gewinde-Abschnitten 70a, 70b an einer Endbefestigung 72 bzw. an einer Getriebebefestigung 74 verschraubt.

Ein Motor 76, der als Motor-Tacho-Anordnung vom Typ escap 23 HL 11-216 E/204.81 ausgeführt sein kann, steht mit einem Getriebe 78, das als Umlenkgetriebe vom Typ escap L 10.100.01 ausgeführt sein kann, in Verbindung, um die Spindel 64 zu betätigen. Das Getriebe 78 weist eine Hohlwelle 80 mit einem Hohlgewinde auf. Das Gewinde der Hohlwelle 80 nimmt das Gewinde der drehfesten Spindel 64 in Eingriff, um die Spindel 64 und damit auch den Spritzenkolben 52b zu positionieren. Der Motor 76 bildet also zusammen mit dem Getriebe 78 einen motorisch betätigbaren Linearantrieb für die Spindel 64.

Die Fluidförderung geschieht somit durch die gleichförmige Bewegung des Spritzenkolbens 52b, der mittels der durch die Hohlwelle 80 angetriebenen Spindel 64 positioniert wird. Die Spindel 64 wird durch die Hohlwelle 80 des Getriebes 78 angetrieben, welche über das Getriebe 78 an den Drehzahl-geregelten Gleichstrommotor 76 gekoppelt ist. Die erfindungsgemäße Kolben-Dispenserpumpe 50 erlaubt somit eine mechanisch günstige koaxiale Kraftwirkung auf den Spritzenkolben 52b, wodurch eine erhöhte Reibung bzw. Abnützung, wie sie beim Stand der Technik auftreten, verringert werden. Der Motor kann somit mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten, wodurch die verbrauchte Leistung sowie das Gewicht der gesamten Kolben-Dispenserpumpe 50 gemäß der vorliegenden Erfindung klein gehalten werden können. Durch den Einsatz von Spritzen mit verschiedenen Innenvolumina sowie durch Änderung der Getriebeuntersetzung kann eine individuelle Anpassung des Förderbereichs erfolgen.

Zur Ansteuerung der Kolben-Dispenserpumpe 50 wird eine elektronische Funktionsbaugruppe (nicht gezeigt) verwendet, welche die Drehzahlregelung des Motors und des Getriebes, die Richtungssteuerung d.h. Abgeben eines Arbeitsvolumens, bzw. Aufnehmen eines Arbeitsvolumens in den Spritzenkolben 5b, die Erfassung der Kolbenendlagen und eine Überlastsicherung des Pumpenmotors 76 durchführt. Diese Baugruppe kann entweder in dem Pumpengehäuse integriert oder bei Bedarf mit einem RS-232-Schnittstellenbaustein ergänzt werden, der eine direkte PC-Steuerung erlaubt. Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolben-Dispenserpumpe 50 weist die in Tabelle 1 gezeigten technische Daten auf.

Spritzenvolumen 1 ml

Förderbereich 30-1000 &mgr;&idiagr;/min

Fördergenauigkeit < 1%

Gegendruck bis zu 6 bar

Betriebsspannung 5 V

Le i stungsauf nähme

minimal: typ. 40 mW

maximal: typ. 250 mW

Abmessungen: 13 0x50x32 mm³

Gewicht: 300 g

Tabelle 1

Die erfindungsgemäße Kolben-Dispenserpumpe liefert ferner in dem gesamten Förderbereich einen fast idealen linearen Zusammenhang zwischen der Soll-Flußrate und der Ist-Flußrate. Sie ist somit für Anwendungen geeignet, die u.a. eine hohe Durchflußkonstanz, einen pulsationsarmen Fluß und einen weiten Förderbereich selbst bei einem hohen Arbeitsdruck erfordern.

Claims

Schutzansprüche

1. Kolben-Dispenserpumpe (50) zur Betätigung einer Spritze (52) , die einen Spritzenzylinder (52a) und einen Spritzenkolben (52b) aufweist, mit einem motorisch betätigbaren Linearantrieb (76) zum Verschieben des Spritzenkolbens (52b) in dem Spritzenzylinder (52a), wobei der Linearantrieb (76) mit einer Spindel (64) gekoppelt ist,

dadurch gekenn &zgr; e i chnet,

daß die Spindel (64) koaxial zu dem Spritzenkolben (52b) geführt ist.

2. Kolben-Dispenserpumpe (50) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spindel (64) den Spritzenkolben (52b) direkt in Eingriff nimmt.

3. Kolben-Dispenserpumpe (50) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spindel (64) drehfest gelagert ist.

4. Kolben-Dispenserpumpe (50) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spindel (64) durch ein Gleitstück (66) drehfest gelagert ist, wobei das Gleitstück (66) linear geführt ist.

5. Kolben-Dispenserpumpe (50) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gleitstück (66) durch mindestens einen Sechskant-Gewindebolzen (70) linear geführt ist.

6. Kolben-Dispenserpumpe (50) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der Linearantrieb (76, 78) einen Drehzahl-geregelten Gleichstrommotor (76) und ein Getriebe (78) aufweist.

7. Kolben-Dispenserpumpe (59) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Drehzahlregelung und Richtungssteuerung des Gleichstrommotors (76), ein Erfassung von Kolbenendlagen des Spritzenkolbens (52b) und eine Überlastsicherung des Gleichstrommotors (76) elektronisch durchgeführt werden.

8. Kolben-Dispenserpumpe (50) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kolben-Dispenserpumpe (50) durch einen Computer steuerbar ist.