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Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei Kolben
zum Verdrängen einer Flüssigkeit innerhalb einer zylindrischen
Kammer, insbesondere in Injektionspatronen. Im besonderen
betrifft die Erfindung eine verbesserte Gestalt von Kolben zur
Verwendung mit Injektionspatronen, die eine erhöhte Genauigkeit
bei der Abmessung und Dosierung von Präparaten aus der Patrone
bereitstellt.
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Kolben zur Verwendung mit Injektionspatronen werden gewöhnlich
aus Gummi oder einem ähnlichen Kunststoff mit nachgiebigen.
Eigenschaften hergestellt. Bei der Herstellung derartiger Kolben
wird eine oder beide Endflächen derselben eben und rechtwinklig
zur Längsachse des Kolbens ausgestaltet. Außerdem werden die
ebenen Endflächen häufig mit einer Anzahl von kleinen
Vorsprüngen versehen, um zu verhindern, daß die Flächen bei der
Herstellung und Handhabung der Kolben aneinander haften.
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Wenn ein derartiger Kolben in den Zylinder einer
Injektionspatrone eingeführt wird, wird er verformt und zusammengedrückt.
Dies ist der Fall, da der Innendurchmesser des Zylinders
kleiner als der Außendurchmesser des Kolbens sein muß, um eine gute
Dichtung zwischen dem Kolben und der Innenwand des Zylinders
sicherzustellen. Wenn der Kolben daher elastisch deformiert
wird, nehmen seine zuvor ebenen Endflächen eine konkave
Konfiguration an, wobei das Zentrum der Endfläche tiefer als die
randseitigen Abschnitte der Fläche liegt.
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Die unebene Konfiguration der Endfläche des Kolbens verursacht
eine Abnahme der Abmeßgenauigkeit wenn der Kolben über eine
bestimmte Strecke verschoben wird, um eine bestimmte Menge eines
flüssigen Präparats abzumessen.
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Der Rundhöhlungsgrad hat gewöhnlich eine Größenordnung von
ungefähr 0,1 mm. Die Verschiebung des Kolbens bei der Abmessung
einer Flüssigkeitsdosis liegt häufig bei 1 mm. Es ist somit
ersichtlich, daß die Rundhöhlung (Konkavität) des Kolbens einen
Meßfehler von bis zu 10% verursachen kann. Ein Fehler dieser
Größenordnung ist gewöhnlich nicht akzeptabel.
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Dieses Problem verschlimmert sich noch bei Injektionspatronen
mit zwei Kammern. Bekannterweise, umfassen diese Patronen eine
vordere Kammer, die üblicherweise den festen Bestandteil des zu
injizierenden Präparats enthält, und eine rückwärtige Kammer,
die üblicherweise den flüssigen Bestandteil des Präparats
enthält. Die zwei Kammern sind durch einen beweglichen vorderen
Kolben getrennt, wobei das hintere Ende der rückwärtigen Kammer
durch einen beweglichen hinteren Kolben abgedichtet ist. Wenn
die zwei Bestandteile gemischt werden sollen wird der hintere
Kolben vorwärts bewegt, wobei der durch diese Bewegung erzeugte
Druck durch die im wesentlichen nicht komprimierbare
Flüssigkeit auf den vorderen Kolben übertragen wird, der seinerseits
vorwärts bewegt wird. Diese Vorwärtsbewegung des vorderen
Kolbens öffnet eine Bypass-Verbindung, so daß bewirkt wird, daß
die in der rückwärtigen Kammer befindliche Flüssigkeit durch
die Bewegung des hinteren Kolbens in die vordere Kammer fließt
und sich mit dem festen Bestandteil mischt, um das gewünschte
injizierbare Präparat zu bilden. Wenn der gesamte flüssige
Bestandteil in die vordere Kammer gedrängt worden ist, liegt die
Stirnfläche des hinteren Kolbens an der Rückwand des vorderen
Kolbens an und die zwei Kolben wirken nun als einzelner Kolben
zur Abmessung des injizierbaren, in der vorderen Kammer
gebildeten Präparats zusammen.
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Wenn die zwei Endflächen der zwei Kolben zusammentreffen,
liegen sie jedoch nicht vollständig aneinander an, da sie nicht
eben sind. Aufgrund der Verformung liegen die geformten
konkaven Flächen zuerst nur an ihren randseitigen Abschnitten an,
wodurch ein Federeffekt verursacht wird, der die Bewegung der
zwei kombinierten Kolben ungenau macht. Da der vordere Kolben
nicht ohne Reibung in bezug auf den Zylinder verschoben werden
kann und da die Reibung in der Ruhestellung größer als die
Reibung während der Bewegung ist, ist die Übertragung der
Abmeßbe
wegung, die ungefähr 1 mm betragen kann, nicht gleichmäßig. Das
bedeutet, daß die Positionierung des vorderen Kolbens nicht
exakt ist, was die Abmessung ungenau macht.
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Dies ist besonders deutlich bei Kolben, die eine geringe Masse
haben und mit einer niedrigen Geschwindigkeit gegen einen
erheblichen Reibungswiderstand verschoben werden. Die Bewegung
der Kolbenstange wird dann nicht ohne Abweichungen auf die
Stirnfläche des vorderen Kolbens übertragen.
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Der vorstehend erwähnte Federeffekt bewirkt außerdem, daß die
auf die Zylinderwand durch die Kolben ausgeübte radiale
Klemmkraft ansteigt, wenn die Kolben während der Übertragung der
Axialkraft von der Kolbenstange weiter verformt werden. Daher
steigt die Reibungskraft, wenn die Kolben verschoben werden
sollen. Dies macht es noch schwieriger, die erforderliche
Genauigkeit bei der Abmessung des injizierbaren Präparats zu
erhalten.
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Durch die Erfindung werden die vorstehend genannten Probleme
weitgehend beseitigt. Erfindungsgemäß ist eine
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine
zylindrische Kammer und zumindest einen in dieser Kammer angeordneten
Kolben aus einem nachgiebigem Material, wobei der Kolben a)
einen randseitigen Abschnitt und b) zumindest eine Endfläche
aufweist. Dieser Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Endfläche des Kolbens dahingehend
deformationskorrigiert ist, daß i) die Endfläche im nicht komprimierten
Kolbendurchmesserzustand eine konvexe Gestalt hat und ii) der Grad
der Endflächenwölbung im nicht komprimierten Zustand dafür
ausgelegt ist, eine im wesentlichen ebene Endflächengestalt in
komprimiertem Zustand bei kleinerem Kolbendurchmesser innerhalb
der Kammer zu ergeben.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein
zweiter Kolben, der ebenfalls zumindest eine
deformationskorrigierte Endfläche hat, ebenfalls in der Kammer in komprimiertem
Zustand angeordnet, wobei die deformationskorrigierten Flächen
der zwei Kolben einander gegenüberliegen und im wesentlichen
eben sind.
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In der EP-A2-0 111 724 ist eine Druckkolbenstangenanordnung zur
Verwendung mit einem Spritzenzylinder offenbart. Diese Schrift
enthält jedoch keine Lehre hinsichtlich dieses Problems und
seiner erfindungsgemäßen Lösung, d. h. eine im wesentlichen
ebene Endfläche eines Kolbens in komprimiertem Zustand innerhalb
eines Spritzenzylinders zu erhalten, indem dieser Endfläche im
nicht komprimierten Zustand eine konvexe Gestalt verliehen
wird. Tatsächlich zeigt dieses Dokument sogar Kolben, die
innerhalb des Spritzenzylinders eine konvexe Endfläche haben.
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Die Erfindung ist durch die folgende Beschreibung und die
beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen
zeigt Fig. 1 einen dem Stand der Technik entsprechenden Kolben
vor der Anordnung in dem Zylinder einer Injektionspatrone.
Fig. 2 zeigt denselben Kolben nach der Anordnung in dem
Zylinder. Fig. 3 zeigt den Zylinder einer Injektionspatrone, in dem
zwei Kolben mit ihren Endflächen aneinander anliegen. Fig. 4
zeigt einen mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zu
verwendenden Kolben vor der Einführung in den Zylinder einer
Injektionspatrone, und Fig. 5 zeigt denselben Kolben nach der Einführung
in den Zylinder. Fig. 6 zeigt den Zylinder einer
Injektionspatrone, in dem zwei erfindungsgemäße Kolben mit ihren Endflächen
aneinander anliegen. In den Figur haben gleiche Merkmale
dieselben Bezugszeichen.
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines bekannten Kolbens vor
der Einführung in den Zylinder einer Injektionspatrone. Der
Kolben 1 hat eine vordere Stirnfläche 2, die eben ist, und eine
rückwärtige Stirnfläche 3, die flach, konvex oder konkav sein
und Einrichtungen (nicht gezeigt) zum Befestigen einer
Kolbenstange aufweisen kann. Zur Erreichung einer besseren
Dichtwirkung und einer verminderten Reibung ist der Kolben
üblicherweise mit Umfangsrippen 4, 5 und 6 versehen. Darüber hinaus kann
die vordere ebene Fläche des Kolbens kleine Vorsprünge 7
auf
weisen, um zu verhindern, daß die ebenen Flächen bei der
Herstellung und Handhabung der Kolben aneinander haften.
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Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht eines bekannten Kolbens, der
in den Zylinder 8 einer Injektionspatrone eingeführt ist. Da
der Innendurchmesser des Zylinders 8 kleiner als der
Durchmesser des Kolbens 1 ist, wird der Kolben im Zylinder derart
verformt, daß die ursprünglich ebene Stirnseite 2 zu einer
konkaven Gestalt verformt wird. Aus Klarheitsgründen ist die
Rundhöhlung der Fläche 2 in den Figuren übertrieben dargestellt.
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Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines bekannten Kolbens 1,
der als hinterer Kolben in den Zylinder einer Injektionspatrone
eingeführt ist. Der Kolben 1 ist mittels der Kolbenstange 9
vorwärts bewegt worden, wobei die flüssige Phase in eine
vordere Kammer 10 durch eine Bypass-Verbindung (nicht gezeigt)
gedrängt wurde. Wenn die gesamte Flüssigkeit in die vordere
Kammer 10 gedrängt worden ist, liegt der hintere Kolben 1 an dem
vorderen Kolben 1' an. Dieser vordere Kolben 1' kann dieselbe
Gestalt wie der hintere Kolben 1 aufweisen, d. h. eine
ursprünglich ebene Rückwand 2', eine Stirnfläche 3' und Umfangsrippen
4', 5' und 6'. Wenn dieser vordere Kolben 1' in den Zylinder 8
einer Injektionspatrone eingeführt worden ist, ist seine
Rückwand 2' von ihrer zuvor ebenen Konfiguration in eine konkave
Konfiguration verformt worden, was in der Figur aus Gründen der
Klarheit übertrieben dargestellt ist.
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Es ist ersichtlich, daß sich, wenn die Stirnfläche 2 des
hinteren Kolbens 1 an der Rückwand 2' des vorderen Kolbens 1'
anliegt, die zwei Flächen zunächst an ihren randseitigen
Abschnitten berühren. Um zu bewirken, daß die zwei Flächen über
ihre gesamte Fläche aneinander anliegen, ist eine größere Kraft
erforderlich. Aufgrund der Nachgiebigkeit des Kolbenmaterials
wird ein Federeffekt erzeugt, wie er etwa von einer Tellerfeder
erzeugt wird. Aufgrund dessen wird eine Vorwärtsbewegung der
Kolbenstange 9 nicht exakt auf den vorderen Kolben 1'
übertragen, wodurch die Abmessung einer Flüssigkeit in der vorderen
Kammer 10 ungenau ist. Da die Abmeßbewegungen des vorderen
Kol
bens ziemlich gering sein können, in einer Größenordnung von
ungefähr 1 mm oder sogar noch weniger, folgt daraus, daß
Ungenauigkeiten bei diesen Bewegungen zu erheblichen Abmeßfehlern
führen können. Derartige Fehler können für den Patienten, der
die abgemessene Injektion erhält, ernsthafte Konsequenzen
haben.
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Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines mit der
erfindungsgemäßen Anordnung zu verwendenden Kolbens. Der Kolben 11 hat eine
Stirnfläche 12, die leicht konvex ausgeformt ist. Aus Gründen
der Klarheit ist diese Konvexität in der Figur übertrieben
dargestellt. In jeder anderen Hinsicht ist der Kolben 11 ähnlich
wie der in Fig. 1 gezeigte Kolben ausgeführt und weist eine
Rückwand 13, die eben, konkav oder konvex sein kann, und
Umfangsrippen 14, 15 und 16 auf. Es sind jedoch auf der
Stirnfläche 12 keine Vorsprünge erforderlich, da die konvexen Flächen
bei der Herstellung und Handhabung der Kolben nicht leicht
aneinander haften.
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Fig. 5 ist eine Teilschnittansicht eines mit der
erfindungsgemäßen Anordnung zu verwendenden Kolbens nach der Einführung in
den Zylinder 18 einer Injektionspatrone. Da der
Innendurchmesser des Zylinders 18 geringer als der Durchmesser des Kolbens
11 ist, ist der Kolben nach der Anordnung im Zylinder verformt,
wobei diese Verformung bewirkt, daß die ursprünglich konvexe
Stirnfläche 12 eine ebene Konfiguration annimmt, wie in Fig. 5
gezeigt.
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Fig. 6 zeigt eine Teilschnittansicht einer Anordnung, die
ähnlich der in Fig. 3 gezeigten ausgeführt ist, jedoch zwei
Kolben verwendet. Der hintere Kolben 11 ist vorwärts in den
Zylinder 18 der Injektionspatrone bewegt worden, wobei der gesamte
flüssige Bestandteil durch eine Bypass-Anordnung (nicht
gezeigt) in die vordere Kammer 20 verdrängt worden ist. Die
Stirnfläche 12 des hinteren Kolbens 11 liegt nun an der
Rückwand 12' des vorderen Kolbens 11' an, wobei ersichtlich ist,
daß, da die zwei Flächen erfindungsgemäß eben sind, sie sich
über ihre gesamte Fläche berühren und kein Federeffekt
auf
tritt. Daher wird eine Vorwärtsbewegung der Kolbenstange 19
exakt über die zwei Kolben 11 und 11' in dieselbe
Vorwärtsbewegung des vorderen Kolbens 11' umgesetzt, wodurch die Abmessung
des gemischten Präparats in der vorderen Kammer 20 sogar bei
äußerst geringen Bewegungen genau ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die
Rückwand der Kolben ausgeprägt konvex oder sogar mehr oder
weniger zugespitzt, so daß sie sich deutlich von der leicht
konvexen Stirnfläche der Kolben unterscheidet. Aufgrund des
ausgeprägten Unterschieds zwischen den zwei Flächen ist es einfach,
die Kolben korrekt mittels mechanischer
Handhabungseinrichtungen auszurichten, wenn sie in den Zylinder einer
Injektionspatrone eingeführt werden. Gleichzeitig sind keine Vorsprünge auf
den Stirnflächen der Kolben erforderlich, wie bereits
vorstehend erwähnt. Diese Vorsprünge tragen zu Abmeßfehlern bei,
wurden jedoch als notwendig erachtet, um zu verhindern, daß die
Kolben mit ihren ebenen Flächen aneinander haften. Da die
Stirnflächen außerhalb des Zylinders (nicht mehr) eben sind,
ist das Risiko, daß die Kolben aneinander haften, wesentlich
geringer, so daß auf Vorsprünge verzichtet werden kann.
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Die Injektionspatrone als solche hat eine herkömmliche
Ausgestaltung und umfaßt Merkmale wie eine Bypass-Anordnung,
beispielsweise einen Kanal in der Zylinderwand, und einen
Verschluß am vorderen Ende der Patrone, der mit einer hohlen Nadel
durchstochen werden kann. Aus Klarheitsgründen und da solche
Merkmale Fachleuten auf diesem Gebiet bestens bekannt sind,
sind diese Merkmale in den Darstellungen der Figuren nicht
gezeigt.
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Wenn die Injektionspatrone zur Abmessung und Verabreichung des
in der vorderen Kammer gemischten Präparats verwendet werden
soll, wird sie gewöhnlich in einer Halteeinrichtung angeordnet,
die eine Abmeß- und Dosiereinrichtung aufweisen kann. Eine
Vielzahl derartiger Einrichtungen ist Fachleuten auf diesem
Gebiet wohl bekannt, wobei erfindungsgemäße Patronen mit einem
oder mehreren Kolben mit ihnen verwendet werden können, ohne
daß an ihnen irgendwelche funktionelle Einstellungen
durchgeführt werden müssen. Dies ist ein weiterer Vorteil der
Erfindung.
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Die mit der erfindungsgemäße Anordnung zu verwendenden Kolben
können aus herkömmlichen Materialien hergestellt werden, die
üblicherweise für Kolben von Injektionspatronen verwendet
werden, wobei keine speziellen Materialien erforderlich sind.
Somit kann ein Fachmann ein geeignet nachgiebiges Gummi- oder
Kunststoffmaterial aus den für diesen Zweck bekannten
Materialien auswählen.
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Der Wölbungsgrad, der der Fläche oder den Flächen der
erfindungsgemäßen Kolben verliehen werden soll, kann auf
verschiedene Arten bestimmt werden, die für Fachleute offensichtlich
sind. Das naheliegendste Verfahren ist Experimentieren. Es ist
einfach, eine Anzahl von Kolben mit unterschiedlichen
Wölbungsgraden der Endflächen bereitzustellen und die Kolben
anschließend durch Einführen derselben in ein Rohr mit demselben
Innendurchmesser wie der Zylinder der Injektionspatrone zu testen.
Der Testkolben, dessen Endfläche in dem Rohr eben wird, wird
dann ausgewählt.
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Ein anderer Weg zur Bestimmung der gewünschten Wölbung
(Konvexität) ist durch Berechnung. Bei einer derartigen Berechnung
geht man vom dem Kolben aus, der in seiner Position in der
zylindrischen Trommel eine ebene Stirnfläche aufweist. Durch
Kenntnis derartiger Parameter, wie Abmessungen und Gestalt des
Kolbens und des Zylinders sowie der elastischen Eigenschaften
des für den Kolben verwendeten Materials, kann man rückwärts
rechnen, um die gewünschte Wölbung des Kolbens herauszufinden,
bevor dieser in den Zylinder eingeführt wird. Dafür gibt es
Computerprogramme, die die sogenannte finite Elementemethode
(FEM) verwenden.
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Es ist wichtig, daß der Innendurchmesser des Zylinders der
Injektionspatrone mit hoher Präzision und Genauigkeit hergestellt
wird. Geringe Abweichungen im Innendurchmesser haben einen
tiefgreifenden Einfluß auf die Gestalt der Stirnfläche des
Kolbens, nachdem dieser in den Zylinder eingeführt wurde und somit
auch auf die Abmeßgenauigkeit.
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Mit Ausnahme der konvexen Gestalt einer oder beider Endflächen
entspricht die Gestalt der erfindungsgemäßen Kolben der von
herkömmlichen Kolben für Injektionspatronen. Dies hat den
Vorteil, daß die zur Herstellung der Kolben verwendeten Formen nur
geringfügig abgewandelt werden müssen. Auch das
Herstellungsverfahren für die Kolben bleibt gegenüber dem herkömmlichen
Verfahren im wesentlichen unverändert. Da die konvexen Flächen
der Kolben nicht wie die herkömmlichen ebenen Flächen dazu
neigen, während der Herstellung und Handhabung der Kolben
aneinander zu haften, besteht keine Notwendigkeit, die Flächen mit
kleinen Vorsprüngen zu versehen.
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Falls erforderlich, werden die mit der erfindungsgemäßen
Anordnung zu verwendenden Kolben mit einer geeigneten
Befestigungseinrichtung für eine Kolbenstange versehen. Diese
Befestigungseinrichtung kann jede herkömmliche Einrichtung sein.
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Durch die Erfindung werden Kolben zur Verwendung in
Injektionspatronen bereitgestellt, die im Vergleich zu herkömmlichen
Kolben für denselben Zweck eine Vielzahl von Vorteilen aufweisen.
Da die Kontaktfläche eben ist, wenn die vorderen und hinteren
Kolben aneinander in einer Injektionspatrone anliegen, wird der
"Federeffekt" beseitigt. Dies führt zu einer verbesserten
Genauigkeit bei der Abmessung des zu verabreichenden Präparats.
Darüber hinaus ist die Kraft, die erforderlich ist, um die zwei
Kolben miteinander zu verschieben, verringert, was zu weniger
strengen Anforderungen bei der Antifriktionsbehandlung der
Innenwand der Patrone oder der. Kolbenoberfläche, wie etwa
Silikonisierung, führt.
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Die Erfindung ist in der vorstehenden Beschreibung beschrieben
und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft
dargestellt worden. Es versteht sich jedoch von selbst, daß andere
Ausführungsbeispiele und Variationen der Erfindung möglich
sind, ohne den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche zu
verlassen. Somit bietet die Erfindung, obwohl die Vorteile der
Erfindung bei der Abmessung flüssiger Dosen aus einer
Injektionspatrone mit zwei Kammern offensichtlich sind, auch Vorteile,
wenn sie mit einfachen Injektionsspritzen und Patronen mit nur
einer Kammer verwendet wird. Ganz allgemein kann die Erfindung
immer dann angewandt werden, wenn eine Flüssigkeit präzise in
Dosen durch Verschieben eines Kolbens in einer zylindrischen
oder rohrförmigen Kammer abgemessen werden soll.