DE3814023A1 - Injektionsvorrichtung mit medikamentendepot - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Injektionsvorrichtung mit Medi­ kamentendepot insbesondere für Insulin, bestehend aus einem zylinderförmigen Gehäuse mit einer einen Kolben bewegenden Kolbenstange und einer Einrichtung zum Dosieren des Medikamen­ tes. Das Gehäuse ist mit einem in einem Schutzrohr angeordne­ ten Spritzenzylinder mit Kanüle, in dem der Kolben dichtend geführt ist, oder einer Kapule sowie mit einer Schutzkappe verbunden.

Gemäß DD-WP A 61 M/296 233.7 ist eine Injektionseinrichtung mit Medikamentendepot bekannt, die eine mittels Knopfdruck zu be­ tätigende Dosiereinrichtung besitzt. Die vom Druckknopf als Be­ tätigungselement ausgehende und auf die längsbewegliche Kolben­ stange zu überragende schrittweise Vorschubbewegung des Kol­ bens ist durch Kugeln realisiert, die in radialen Bohrungen einer auf der Kolbenstange geführten Mitnehmerbuchse radial beweglich gehalten sind und unter der Wirkung der Betätigungs­ kraft auf den Druckknopf in einem keilförmigen Spalt zwischen der zylindrischen Kolbenstange und einem koaxial zu dieser an­ geordneten Schubrohr mit kegliger Bohrung kleiner ist als der Gleitreibungswinkel der Materialpaarung Kugel-Kolbenstange, erfolgt eine praktisch schlupffreie Bewegungsübertragung von Schubrohr zur Kolbenstange. Dabei ist die radiale Druckkraft der Kugeln auf die Kolbenstange proportional zur Gegenkraft auf den Kolben, die sich aus dem Injektionsdruck und der Kolbenfläche ergibt.

In den Fällen, in denen die Injektionsvorrichtung mit extrem dünnen Kanülen oder mit über längere Zeit eingelegten Kathe­ tern verwendet wird, sind, bedingt durch das kleine Lumen der Kanüle bzw. durch den verhältnismäßig langen Strömungsweg im Schlauch des Katheters, der außerdem mehrfach gekrümmt verläuft, zur Injektion höhere Drücke erforderlich, die eine höhere Be­ tätigungskraft des Kolbens voraussetzen und die Dosiereinrich­ tung stärker beanspruchen. Bei über längere Zeit liegenden Ka­ thetern können zusätzliche infolge beginnender Verstopfungser­ scheinungen der ins Unterhautgewebe eingestochenen Flüsgelka­ nüle hohe Injektionsdrücke auftreten. Der Injektionsdruck kann Werte annehmen, die weit über den bei normalen Spritzen üb­ lichen Werten liegen. Diese in axialer Richtung wirkende Ge­ genkraft wird auf Grund der Keilwirkung bei einem Steigungs­ winkel von 3°, der die schlupffreie Mitnahmebedingung erfüllt auf das ca. 20fache verstärkt und muß als Radialkraft von der Kolbenstange und den Kugeln aufgenommen werden. Dadurch und auf Grund der praktisch punktförmigen Auflageflächen der Kugeln auf der Kolbenstange entstehen extrem hohe Flächenpressungen, die zur Deformation der Kolbenstangenoberfläche bis in den plastischen Bereich führen und damit die Dosiergenauigkeit und die Lebensdauer des Gerätes unter den eingangs erwähnten Be­ dingungen negativ beeinflussen. Eine Verbesserung wäre denkbar, indem die Kolbenstange gehärtet und anschließend fertig bear­ beitet wird. Diese Maßnahme würde allerdings im Hinblick auf eine Serienproduktion in großen Stückzahlen umfangreiche zu­ sätzliche technologische Einrichtungen verlangen und das End­ produkt verteuern.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Injektionseinrichtung mit Medikamentendepot anzugeben, die insbesondere für die Ver­ wendung mit extrem dünnen Kanülen oder mit eingelegten Kathe­ tern vorgesehen ist, sowie eine hohe Dosiergenauigkeit und Zu­ verlässigkeit aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dosiereinrichtung der Injektionsvorrichtung konstruktiv derart zu gestalten, daß hohe Injektionsdrücke überwunden und Deformationen der Kolben­ stange vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kolben­ stange mit mehreren umlaufenden Rillen, deren Profile gleich­ schenkelige Dreiecke darstellen und deren mittiger Abstand dem Kolbenweg für einen Dosierschritt entspricht, versehen ist. In den Bohrungen der Mitnehmerbuchse sind Stifte radial beweglich geführt, deren der Kolbenstange zugewandtes Ende einen stumpfen Kegel mit einem dem Grundwinkel der Rillen entsprechenden Spit­ zenwinkel darstellt. Die im Kopfbereich des Schubrohres ange­ ordnete keglige Bohrung weist einen Steigungswinkel auf, der geringfügig größer ist als der Flankenwinkel der Rillen auf der Kolbenstange.

Die in den Bohrungen der Mitnehmerbuchse radial geführten Stifte weisen vorzugsweise an ihrer dem Spitzenwinkel gegenüberliegenden Seite einen kugelkalottenförmigen Kopf auf, dessen Durchmesser wesentlich größer als der Durchmesser der Bohrungen sein kann. Der Flankenwinkel der auf der Kolbenstange umlaufenden Rillen kann 25° . . . 35° betragen.

Im Ruhezustand, d. h. bei unbetätigtem Druckknopf befindet sich das Schubrohr in seiner hinteren Endstellung, wobei die an seinem Vorderende eingebrachte keglige Bohrung soweit nach hinten ver­ setzt ist, daß keine Berührung mit den Köpfen der Stifte vorhan­ den ist. Die auf der Kolbenstange geführte Mitnehmerbuchse liegt, wie bekannt, auf Grund der auf die Vorderseite ihres Flansches wirkenden Druckfeder an dem ebenfalls bekannten hinteren An­ schlag im Außengehäuse des Gerätehinterteiles an. Die radiale Beweglichkeit der Stifte, die nicht größer sein muß als die Tiefe der Kolbenstangenrillen, ist nach innen infolge der Auflage ihrer Köpfe auf dem Außendurchmesser der Mitnehmerbuchse und nach außen durch das Anstoßen der jeweils höchsten Punkte der kugelkalotten­ förmigen Köpfe an den Innendurchmesser des Außengehäuses begrenzt. Da diese radiale Beweglichkeit um ein mehrfaches kleiner ist als die Wanddicke der Mitnehmerbuchse bzw. die Schaftlänge der Stif­ te, ist also auch im Ruhezustand ein Herausfallen der Stifte aus den Bohrungen der Mitnehmerbuchse mit Sicherheit verhindert. Au­ ßerdem wirkt in diesem Zustand keine Radialkraft auf die Stifte, so daß kein schlüssiger Eingriff ihrer kegelförmigen Schaftenden in die Kolbenstangenrillen vorhanden ist.

Wird nun infolge einer Betätigung des Druckknopfes das Schubrohr nach vorn bewegt, greifen unter der Wirkung seiner kegeligen Bohrung die Stifte mit ihren kegelförmigen Schaftenden in eine Kolbenstangenrille ein. Beim Weiterdrücken wird die Kolben­ stange formschlüssig mitgenommen, wobei sich auch die Mitnehmer­ buchse nach vorn bewegt, bis diese mit der Vorderseite ihres Flansches, wie bereits bekannt, an die längsverstellbare Kopp­ lungsbuchse anschlägt. Damit ist die Kolbenbewegung eines Schrit­ tes beendet. Nach Loslassen des Druckknopfes gleitet das Schub­ rohr wie bekannt in seine hintere Endstellung zurück, die Mit­ nehmerbuchse folgt dieser Bewegung, wobei sich gleichzeitig auf Grund der Erweiterung der kegeligen Bohrung im Schubrohr und unter der Wirkung des Flankenanstieges der Kolbenstangen­ rillen die Stifte radial nach außen bewegen.

Auf Grund dessen, daß der Steigungswinkel der kegeligen Bohrung im Schubrohr geringfügig größer ist als der Flankenwinkel der Kolbenstangenrillen und auf Grund der Bremswirkung des Kolbens im Zylinder erfolgt keine Mitnahme der Kolbenstange in der Phase der Rückwärtsbewegung.

Diese ist beendet, wenn der Flansch der Mitnehmerbuchse, wie bekannt, im Gehäuse anschlägt und etwas nacheilend das Schub­ rohr seine hintere Endstellung erreicht hat. Die Längsbeweg­ lichkeit der Mitnehmerbuchse ist mittels der verstellbaren Kopplungsbuchse erfindungsgemäß so einzustellen, daß sie ge­ ringfügig größer ist als der Abstand zweier benachbarter Ril­ len auf der Kolbenstange. Damit ist gewährleistet, daß bei jedem nachfolgenden Dosierschritt der Eingriff der Stifte in die jeweils um eine Teilung dahinter liegenden Kolbenstangen­ rille erfolgt.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel nä­ her erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Injektionsvorrich­ tung mit Dosiereinrichtung im Ruhezustand,

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereiches bei "X" gemäß Fig. 1.

In die rohrförmige Kolbenstange 1 ist eine den Dosierschrit­ ten entsprechende Anzahl Rillen 2 eingebracht, die die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweisen und Grundwinkel 3 sowie Flankenwinkel 4 besitzen. Der mittige Abstand 5 der Rillen 2 entspricht dem Kolbenweg für einen Dosierschritt. Die Tiefe der Rillen 2 sollte weniger als 50% der Wanddicke der rohrförmigen Kolbenstange 1 ausmachen.

Auf der Kolbenstange 1 ist die Mitnehmerbuchse 6 mit radial gerichteten, gleichmäßig auf den Umfang verteilten Bohrungen 7 und Flansch 8 geführt, die im Ruhezustand unter der Wirkung der Druckfeder 9 am gehäuseseitigen Anschlag 10 anliegt. In den Bohrungen 7 sind Stifte 11 radial beweglich gehalten, deren der Kolbenstange 1 zugewandten Enden 12 eine kegelstumpfförmige Spitze mit einem Spitzenwinkel 13 aufweisen, zylindrische Schaft­ längen besitzen, die der Wandstärke der Mitnehmerbuchse 6 entspre­ chen und deren Köpfe 14 die Form von Kugelkalotten haben. Koa­ xial zur Kolbenstange 1 und Mitnehmerbuchse 6 ist das im Innen­ durchmesser des Gehäuses geführte Schubrohr 15 angebracht, das eine kegelige Bohrung 16 mit Steigungswinkel 17 besitzt. Die Grundwinkel 3 der Rillen 2 und die Spitzenwinkel 13 der Stifte 11 entsprechen einander, während der Steigungswinkel 17 der kegeligen Bohrung 16 geringfügig größer ist als die Flan­ kenwinkel 4 der Rillen 2. Der Flankenwinkel 4 beträgt bevorzugt ca. 30°.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die während der Vorwärtsbewegung des Kolbens wirksam werdende Ra­ dialkraft auf die Stifte als Folge des Injektionsdruckes wesent­ lich kleiner geworden ist und ist somit nicht mehr in der Lage, eine funktionsbeeinträchtigende Deformation der Kolbenstange zu bewirken. Gegenüber der bekannten Lösung beträgt die auf Grund der Keilwirkung auftretende Radialkraft nur noch etwa das 1,7fache der Gegenkraft des Kolbens.

• Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen:  1 Kolbenstange
   2 Rillen
   3 Grundwinkel
   4 Flankenwinkel
   5 mittiger Abstand
   6 Mitnehmerbuchse
   7 Bohrungen
   8 Flansch
   9 Druckfeder
  10 Anschlag
  11 Stifte
  12 Ende von 11.1 zugewandt
  13 Spitzenwinkel
  14 Kopf
  15 Schubrohr
  16 keglige Bohrung
  17 Steigungswinkel

Claims (3)

1. Injektionsvorrichtung mit Medikamentendepot insbesondere für Insulin, ausgebildet als zylinderförmiges Gehäuse, in dessen Hinterteil eine den Spritzenkolben bewegende Kolbenstange und eine Dosiereinrichtung für das Medikament, bestehend aus einer auf der Kolbenstange längsbeweglich angeordneten Mitnehmer­ buchse mit mehreren gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Bohrungen, in die Kugeln eingelegt sind, sowie aus einem koaxial die Kolbenstange und die Mitnehmerbuchse umfassenden Schubrohr mit kegliger Bohrung und Betätigungsknopf, gekenn­ zeichnet dadurch, daß die Kolbenstange (1) mit mehreren um­ laufenden Rillen (2), deren Profile gleichschenklige Drei­ ecke darstellen und deren mittiger Abstand (5) dem Kolbenweg für einen Dosierschritt entspricht, versehen ist, daß in den Bohrungen (7) der Mitnehmerbuchse (6) Stifte (11) radial be­ weglich geführt sind, deren der Kolbenstange (1) zugewandtes Ende (12) einen stumpfen Kegel mit einem dem Grundwinkel (3) der Rillen (2) entsprechenden Spitzenwinkel (13) darstellt und daß die im Kopfbereich des Schubrohres (15) angeordnete keglige Bohrung (16) einen Steigungswinkel (17) aufweist, der geringfügig größer ist als der Flankenwinkel (4) der Rillen (2) auf der Kolbenstange (1).

2. Injektionsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die in den Bohrungen (7) der Mitnehmerbuchse (6) radial beweglich geführten Stifte (11) an ihrer dem Spitzenwinkel (13) gegenüberliegenden Seite einen kugelkalottenförmigen Kopf (14) aufweisen, dessen Durchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser der Bohrungen (7).

3. Injektionsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Flankenwinkel (4) der auf der Kolbenstange (1) umlau­ fenden Rillen (2) 25° . . . 35° beträgt.