DE60111200T2 - Biegsame kolbenstange - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine medizinische Abgabevorrichtung, welche eine flexible Kolbenstange aufweist, wobei die Kolbenstange die Form einer Spiralfeder aufweist zum Vorwärtsbewegen eines Kolbens innerhalb einer Patrone, die eine Flüssigkeit enthält. Die flexible Kolbenstange überträgt eine Bewegung von einem Kolbenstangenantrieb in eine longitudinale Verstellung des Kolbens; die flexible Kolbenstange weist ein distales Ende auf, das an dem Kolben innerhalb der Patrone anstößt, und ein proximales Ende, welches aus der Achse der Patrone abgelenkt wird. Der Kolbenstangenantrieb treibt die flexible Kolbenstange an und umfasst ein drehendes Mutternelement, welches mit der flexiblen Kolbenstange in Eingriff steht.
  • Derartige flexible Stangen werden z.B. in der neuen Generation von sehr kurzen Injektionsvorrichtungen zum Verteilen einer Medizin im Körper verwendet. Einige Medikamente, wie z.B. Insulin, werden häufig selbst verabreicht. Der typische Diabetes-Patient wird im Verlaufe des Tages mehrmalig Injektionen von Insulin benötigen. Die Menge der Dosen und die Größe jeder Dosis wird gewöhnlicherweise für den individuellen Patienten festgesetzt, und für den Gesundheitszustand von Patienten ist es eine essentielle Frage, dass die Injektionsvorrichtung fähig ist, eine sehr präzise Dosis zu verabreichen.
  • Die WO 95/09021 zeigt ein Verstellsystem für eine gesteuerte Infusion einer Flüssigkeit. Die gezeigte flexible Kolbenstange weist in einer bevorzugten Ausführungsform die Form einer Spiralfeder mit eng beieinander liegenden Runden von Windungen auf, wobei die Windungen ein äußeres Gewinde bereitstellen. Ein Kolbenstangenantrieb ist vorgesehen, welcher eine Antriebskraft auf den Kolben durch ein Mutternelement überträgt, welches ein Innengewinde aufweist, das mit dem Außengewinde der flexiblen Stange in Eingriff ist. Durch Drehen des Mutternelements, welches gegenüber einer axialen Bewegung verriegelt ist, wird die flexible Kolbenstange den Kolben im Inneren der Patrone nach vorn antreiben.
  • Das Verhältnis zwischen den Drehungen des Mutternelements und dem Kolben-Fortschritt muss sehr präzise sein, um die richtige Dosis an Flüssigkeit durch den Auslass der Patrone abzugeben. Bei dem oben beschriebenen Verstellsystem weist die flexible Kolbenstange eine Tendenz auf, zu drehen, wenn die Mutter gedreht wird, was die Verstellung des Kolbens einigermaßen unkontrollierbar macht.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine flexible Kolbenstange des oben erwähnten Typs bereitzustellen, welche nicht-drehend bleibt, wenn das Mutternelement des Kolbenstangenantriebs gedreht wird, wobei dadurch das Verhältnis zwischen den Drehungen des Mutternelements und dem Vorankommen des Kolbens auf eine konstante Größe gebracht wird.
  • Dies wird durch eine flexible Kolbenstange erreicht, welche die Form einer Spiralfeder aufweist, die aus einer Anzahl von eng beieinander liegenden Runden von Windungen aufgebaut ist, welche ein äußeres Gewinde bereitstellen zum Bewegen eines Kolbens weiter in das Innere einer Patrone, welche eine Flüssigkeit enthält, wobei die flexible Kolbenstange eine Bewegung von einem Kolbenstangenantrieb in eine longitudinale Verstellung des Kolbens überträgt, wobei die flexible Kolbenstange ein distales Ende aufweist, welches an dem Kolben innerhalb der Patrone anstößt, und ein proximales Ende, welches aus der Achse der Patrone weg abgelenkt wird, wobei der Kolbenstangenantrieb ein Mutternelement umfasst, welches ein inneres Gewinde aufweist, das mit dem äußeren Gewinde der flexiblen Kolbenstange in Eingriff gelangt, und wobei das Mutternelement gegen eine longitudinale Verstellung gesperrt ist und zwangsweise gedreht wird.
  • Die flexible Kolbenstange ist dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Kolbenstange Mittel aufweist, welche die flexible Kolbenstange gegen Drehung um ihre eigene Achse sperren.
  • Das Mutternelement weist ein inneres Gewinde auf, welches dem äußeren Gewinde an der flexiblen Kolbenstange entspricht. Da das Mutternelement gegen eine axiale Verstellung gesperrt ist, wird die Drehung der Mutter die flexible Kolbenstange voranbringen, welche den Kolben weiter ins Innere der Patrone bewegt. Zum Drehen des Mutternelements kann eine große Vielzahl von unterschiedlichen mechanischen Lösungen verwendet werden. Eine Lösung, in welcher ein Injektionsknopf der durch die Finger des Benutzers betätigt wird, das Mutternelement antreibt, wird sehr nützlich sein. Es wird jedoch als am nützlichsten erachtet, einen elektrischen Motor zu verwenden, welcher über ein geeignetes Getriebe das Mutternelement drehen kann.
  • Um die flexible Kolbenstange an einem Drehen zu hindern, wenn das Mutternelement gedreht wird, ist es notwendig, die flexible Kolbenstange gegen Drehung zu sperren. Dies kann gemäß der Erfindung durch ein Führen eines Vorsprungs auf der Feder in einem Längsschlitz erfolgen, wobei der Schlitz in der gekrümmten Führungsbahn angeordnet sein kann, oder dadurch, dass die Feder nicht-kreisförmig gemacht wird, und die Feder durch ein nicht-kreisförmiges Führungselement eingepasst wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der flexiblen Kolbenstange gemäß der Erfindung ist das Mittel, welches die flexible Kolbenstange gegen Drehung sperrt, ein longitudinaler Rücken, welcher im peripheren Bereich der Spiralfeder, die die flexible Kolbenstange bildet, angeordnet ist. Wenn die flexible Kolbenstange, welche eine Spiralfeder bildet, solch einen Rücken aufweist, wird die Stange dazu tendieren, in eine vorbestimmte Stellung zu gehen, immer wenn sie gebogen wird. Wenn die Spiralfeder abgelenkt wird, um einem Kreisbogen zu folgen, wird die vorbestimmte Stellung eine Stellung sein, in welcher der Rücken auf der nach innen gerichteten, peripheren Seite der gebogenen Feder angeordnet ist. Wenn das Mutternelement gedreht wird, wird die flexible Kolbenstange in dieser Stellung verriegelt bleiben und das Verhältnis zwischen den Drehungen des Mutternelements und dem Vorankommen des Kolbens wird von einer konstanten Größe sein, die ausschließlich von der Steigung der Gewindeverbindung abhängt.
  • In einer anderen Ausführungsform der flexiblen Stange gemäß der Erfindung weist die Spiralfeder eine Ausgangsspannung auf und der Rücken ist eine Entfernung oder eine Reduzierung der Ausgangsspannung in einem longitudinalen Bereich der Spiralfeder. Das Entfernen oder Reduzieren der eingebauten Ausgangsspannung der Spiralfeder, welche die flexible Kolbenstange bildet, kann einen versetzten Rücken in die Feder einführen, ohne die kreisförmige Erscheinung der Feder physisch zu verändern. Die Ausgangsspannung wird in einem begrenzten, winkelbezogenen Bereich jeder Windung entfernt oder reduziert, wobei die Bereiche zusammen einen geraden, longitudinalen Rückenbereich bilden.
  • In noch einer anderen Ausführungsform der flexiblen Kolbenstange gemäß der Erfindung ist der Rücken eine Vertiefung in dem nach außen gerichteten peripheren Bereich jeder Windung, der einen winkelmäßigen Teil überdeckt, der wesentlich kleiner als 360 Grad ist. Diese Vertiefung, welche die Feder nicht-kreisförmig macht, wird gemäß einer geeigneten Ausführungsform der Erfindung in die Feder durch Anlegen einer momentanen Kraft oder eines Drucks über einen Bereich an dem nach außen gerichteten peripheren Bereich jeder Windung eingebracht.
  • In noch einer anderen Ausführungsform der flexiblen Kolbenstange gemäß der Erfindung wird die momentane Kraft oder der Druck durch ein Zwingen der flexiblen Kolbenstange über eine relativ scharfe Kante angelegt. Dies zwingt einen Teil der vorbelasteten Windungen zurück in eine unbelastete Stellung, wobei dadurch ein versetzter Rücken in die Feder eingeführt wird.
  • In einer anderen Ausführungsform der flexiblen Kolbenstange gemäß der Erfindung ist der Rücken in die Spiralfeder durch eine physische Entfernung eines Teils des nach außen gerichteten peripheren Bereichs jeder Windung eingeführt, der einen winkelbezogenen Teil abdeckt, der wesentlich geringer ist als 360 Grad. Die Entfernung des Materials, welches den Teil der Feder bildet, der zu entfernen ist, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der flexiblen Kolbenstange gemäß der Erfindung durch Schleifen vorgenommen. Durch Wegschleifen eines Teils jeder Windung der Spiralfeder wird der Feder eine nicht-kreisförmige Erscheinung gegeben, wobei die Sehne jeder Windung zusammen den longitudinalen Rücken bildet.
  • Der Rücken kann in die Spiralfeder eingeführt werden, wenn die Feder gewunden wird. Beim Herstellen einer Feder werden die Windungen in eine kreisförmige Form gewunden. Wenn jedoch den Windungen und der Feder eine unterschiedliche Form gegeben wird, kann ein versetzter Rücken in die Spiralfeder an diesem Punkt eingeführt werden.
  • Die Erfindung wird vollständiger unten im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben werden, in welcher:
  • 1 schematisch ein Verstellsystem zeigt, welches eine flexible Kolbenstange gemäß der Erfindung aufweist.
  • 2 eine Querschnittansicht der flexiblen Kolbenstange entlang der Linie AA aus 1 zeigt.
  • 3 eine perspektivische Ansicht eines Verstellsystems zeigt, welches eine flexible Kolbenstange gemäß der Erfindung aufweist.
  • Die Figuren sind schematisch und aus Gründen der Klarheit vereinfacht und sie zeigen lediglich Details, welche zum Verständnis der Erfindung wesentlich sind, wohingegen andere Details ausgelassen sind. Es werden durchgehend die gleichen Bezugszeichen für identische oder entsprechende Teile verwendet.
  • Zu Zwecken der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird mit dem Begriff "distales Ende" der Kolbenstange 4 das Ende verstanden, welches am Kolben 3 anstößt, wohingegen der Begriff "proximales Ende" sich auf das gegenüberliegende Ende bezieht.
  • Die 1 zeigt schematisch ein Verstellsystem für eine gesteuerte Infusion einer Flüssigkeit. Eine Patrone 1 ist an einem Ende durch einen Verschluss verschlossen, welcher das Montieren einer Nadel oder eines Katheters 2 ermöglicht, wobei die Nadel oder der Katheter 2 mit einer flüssigen Medizin in der Patrone 1 verbunden ist. An ihrem anderen Ende ist die Patrone 1 durch einen Kolben 3 verschlossen, welcher durch eine flexible Kolbenstange 4 in die Patrone 1 gedrückt werden kann zum Herausdrücken der flüssigen Medizin durch die Nadel oder den Katheter 2. Das distale Ende der flexiblen Kolbenstange 4 stößt an dem Kolben 3 an, während das proximale Ende der flexiblen Kolbenstange 4 aus der Achse der Patrone 1 weggebogen ist. Eine Kolbendichtung kann zwischen dem Kolben 3 und der Kolbenstange 4 vorgesehen sein.
  • Die flexible Kolbenstange 4 ist als eine Spiralfeder ausgebildet, welche eine Anzahl von eng beieinander liegenden Rundungen von Windungen aufweist, welche aneinander anstoßen, wobei die Windungen ein äußeres Gewinde bereitstellen.
  • Eine herkömmliche Druckspiralfeder 4 legt eine konstante Kraft an, wenn die zwei Enden der Feder 4 voneinander weg gezogen werden. Wenn solch eine Feder 4 im Ruhezustand ist, d.h. keine Zugkraft ausgeführt wird, ist die durch die Feder 4 gelieferte Kraft normalerweise Null. Jedoch können Druckspiralfedern 4 mit einer Ausgangsspannung hergestellt werden. Federn dieser Art werden oft als Zugfedern bzw. Dehnungsfedern bezeichnet. Durch Zurückwickeln einer Windung und teilweise über die benachbarte Windung beim Herstellen der Feder 4 wird die Feder 4 mit einer eingebauten Ausgangsspannung versehen. Die zurückweisende Windung der Windungen wird meistens in einer Art und Weise ausgeführt, dass ein konstanter Durchmesser der gewundenen Schraubenform beibehalten wird, daher wird die Ausgangsspannung, welche als die Last gemessen wird, die zum Überwinden der inneren Kraft und zum Beginnen der Trennung der Spirale erforderlich ist, im Allgemeinen als einige Prozent der maximalen Scherkraft konstruiert.
  • Wenn eine Feder 4 mit Ausgangsspannung in Ruhestellung ist, d.h. kein Ziehen ausgeführt wird, wird die durch die Feder 4 gelieferte Kraft über Null sein. Eine gewisse Zugkraft ist notwendig, bevor die Windungen der Feder 4 beginnen, voneinander getrennt zu werden.
  • Der Kolbenantrieb 5 ist aus einem Mutternelement 6 hergestellt, welches gegen eine axiale Verstellung durch eine Schulter 7 in einem nicht gezeigten Gehäuse gesperrt ist. Das Mutternelement 6 weist ein inneres Gewinde auf, das mit dem äußeren Gewinde der flexiblen Kolbenstange 4 in Eingriff ist. Das Mutternelement 6 wird durch einen elektrischen Motor 8 durch ein Getrieberad 9 gedreht. Die Patrone 1 und der Kolbenantrieb 5 sind in einem nicht gezeigten Gehäuse montiert, so dass sie im Verhältnis zueinander nicht verstellt werden können.
  • Die flexible Kolbenstange 4 ist aus der Achse der Patrone 1 weggebogen. Wenn der Biegewinkel 180 Grad beträgt, ist das proximale Teil der flexiblen Kolbenstange parallel zu dem distalen Teil der flexiblen Kolbenstange. Auf diese Weise kann die Injektionsvorrichtung sehr kurz und sehr kompakt gemacht werden. Der gebogene Teil der flexiblen Kolbenstange, welches der Teil zwischen dem distalen Teil und dem proximalen Teil ist, kann entlang einer gekrümmten Bahn 10 geführt werden.
  • Es ist jedoch nicht notwendig, den gekrümmten Teil zu führen. Die Spiralfeder 4 kann einen steifen Draht enthalten, welcher in der gewünschten Form gebogen ist, oder das proximale Teil der Spiralfeder 4 kann mit noch einem anderen, nicht gezeigten Mutternelement versehen sein, das im Gehäuse gegen eine longitudinale Verstellung gesichert ist. Wenn es gewünscht ist, kann dieses zweite Mutternelement durch den gleichen Kolbenstangenantrieb angetrieben werden, der das erste Mutternelement antreibt.
  • Wenn nun das Mutternelement 6 gedreht wird, wird die flexible Kolbenstange 4 vorgehen und den Kolben 3 weiter ins Innere der Patrone 1 bewegen, und dadurch die Flüssigkeit, die in der Patrone 1 enthalten ist, durch die Nadel oder den Katheter 2 herausdrücken.
  • Wenn das Mutternelement 6 gedreht wird, tendiert jedoch die flexible Kolbenstange 4 zu einem Drehen auf Grund der Reibung zwischen den Gewinden, welche das Mutternelement 6 und die flexible Kolbenstange 4 verbinden. Um eine kontrollierte Abgabe von Fluid, welches von der Patrone 1 strömt, aufrecht zu erhalten, ist es wichtig, diese Drehung der flexiblen Kolbenstange 4 zu verhindern.
  • Solch eine Drehung kann durch Führung eines Widerlagers auf der Feder 4 in einem Durchgang im Gehäuse oder in der gekrümmten Bahn 10 verhindert werden. Ein anderer Weg zum Verhindern der Drehung besteht im Einführen eines Rückens 11 in die flexible Kolbenstange 4. Mit einem longitudinalen Rücken 11, der auf der peripheren Seite der Feder 4 eingeführt ist, wird diese Feder sich immer selbst anordnen, wenn immer sie gebogen wird, mit dem Rücken auf den nach innen gerichteten Teil 12 der gebogenen Feder 4 positioniert, und gleichzeitig wird der Rücken 11 die flexible Kolbenstange 4 am Drehen hindern, wenn eine Drehkraft an die flexible Kolbenstange 4 angelegt wird.
  • Ein longitudinaler Rücken 11 kann in die Feder durch einfaches Verformen der Feder 4 an dem nach außen gerichteten Bereich jeder Windung eingeführt werden, wobei der Bereich einen wesentlich geringeren Winkel als 360 Grad überdeckt.
  • Eine permanente Vertiefung bzw. Reduzierung 11 dieser Art, welche die Feder nicht-kreisförmig macht, ist in 2 schematisch gezeigt. Das Anlegen einer Kraft unter Verwenden eines geeigneten Werkzeugs an dem winkelmäßigen Bereich kann eine Verformung oder Reduzierung der genannten Art hervorrufen, jedoch kann solch eine Verformung, die auf einen begrenzten Bereich der Feder beschränkt ist, auch hergestellt werden, wenn die Feder gewickelt wird. Oder aber sie kann durch ein physisches Wegschleifen eines Teils des nach außen gerichteten peripheren Bereichs jeder Windung hergestellt werden.
  • Wenn die Feder 4 vom Dehnungstyp ist, welche eine eingebaute Ausgangsspannung aufweist, kann das einfache Reduzieren oder Entfernen der Ausgangsspannung an einem longitudinalen Bereich der Feder einen Rücken 11 in die Feder 4 einführen, ohne die kreisförmige Gestaltung der Feder 4 physisch zu verändern. Durch das Entfernen oder Reduzieren der Ausgangsspannung in einem longitudinalen Bereich wird das Drehen der gebogenen Feder 4 aufgrund des versetzten Rückens schwierig gemacht.
  • Ein Weg zum Entfernen der Ausgangsspannung in einem winkelmäßigen Bereich der Spiralfeder 4 vom Dehnungstyp besteht im Anlegen einer Kraft auf einen begrenzten winkelmäßigen Teil des nach außen gerichteten Bereichs jeder Windung, wobei solch eine Kraft durch Zwingen der Feder 4 über eine relativ scharfe Kante angelegt werden kann, und wobei dadurch ein Teil jeder nach hinten gerichteten Windung in eine Stellung gezwungen wird, in der die Ausgangsspannung in dem Teil der Windung eliminiert wird. Zusammen bildet der Teil jeder Windung mit keiner oder reduzierter Ausgangsspannung den longitudinalen Rücken.
  • Einige bevorzugte Ausführungsformen wurden im Vorhergehenden aufgezeigt, es sei jedoch hervorgehoben, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern auf andere Weise innerhalb des Gegenstands der nachfolgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims (8)

  1. Medizinische Abgabevorrichtung, welche eine flexible Kolbenstange (4) aufweist, die die Form einer Spiralfeder aufweist, aufgebaut aus einer Anzahl von eng beieinander liegenden Rundungen von Windungen, welche ein äußeres Gewinde bereitstellen zum Bewegen eines Kolbens (3) weiter in das Innere einer Patrone (1), welche eine Flüssigkeit enthält, wobei die flexible Kolbenstange (4) eine Bewegung von einem Kolbenstangenantrieb (5) in eine longitudinale Verstellung des Kolbens (3) überträgt, wobei die flexible Kolbenstange (4) ein distales Ende aufweist, welches an dem Kolben (3) innerhalb der Patrone (1) anstößt, und ein proximales Ende, welches von der Achse der Patrone (1) weg abgelenkt wird, wobei der Kolbenstangenantrieb (5) ein Mutternelement (6) umfasst, welches ein inneres Gewinde aufweist, das mit dem äußeren Gewinde der flexiblen Kolbenstange (4) in Eingriff gelangt, und wobei das Mutternelement (6) gegen eine longitudinale Verstellung gesperrt ist und zwangsweise gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Kolbenstange (4) Mittel aufweist, welche die flexible Kolbenstange (4) gegen Drehung um ihre eigene Achse sperren.
  2. Medizinische Abgabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel, welches die Kolbenstange gegen Drehung sperrt, ein Rücken (11) ist, der im peripheren Bereich der Spiralfeder, die die flexible Kolbenstange (4) bildet, angeordnet ist.
  3. Medizinische Abgabevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder eine Ausgangsspannung aufweist und dass der Rücken (11) eine Reduzierung oder eine Entfernung der Ausgangsspannung in einem longitudinalen Bereich der Spiralfeder ist.
  4. Medizinische Abgabevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken (11) eine Vertiefung in dem nach außen gerichteten peripheren Bereich jeder Windung ist, der einen winkelmäßigen Teil überdeckt, der im Wesentlichen kleiner als 360 Grad ist.
  5. Medizinische Abgabevorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken (11) in die Feder eingeführt ist durch Anlegen einer momentanen Kraft oder eines Druckes über einen Bereich auf dem nach außen gerichteten peripheren Bereich jeder Windung.
  6. Medizinische Abgabevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Kraft oder der Druck durch ein Zwingen der flexiblen Kolbenstange über eine relativ scharfe Kante angelegt wird.
  7. Medizinische Abgabevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken (11) eine physische Entfernung eines Teils des nach außen gerichteten peripheren Bereichs jeder Windung ist, welcher einen winkelbezogenen Teil abdeckt, der wesentlich geringer ist als 360 Grad.
  8. Medizinische Abgabevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen von Material, welches den Teil der zu entfernenden Feder bildet, durch Schleifen vorgenommen wird.
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