DE102005004498B4

DE102005004498B4 - Antrieb für medizinische Geräte und Verwendung für einen solchen Antrieb

Info

Publication number: DE102005004498B4
Application number: DE102005004498A
Authority: DE
Inventors: Frank Deck
Original assignee: Roche Diagnostics GmbH
Current assignee: Roche Diagnostics GmbH
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: CA2605937A1; US7456550B2; DE102005004498A1; EP1845850A1; JP2008529562A; CN101111189A; US20080007141A1; WO2006082173A1; CA2596521A1

Abstract

Antrieb für ein medizinisches Gerät (530, 580, 610) mit einem Aktuator (10, 150, 200, 300, 400) zum Aufladen eines mechanischen Energiespeichers (40, 538), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10, 150, 200, 300, 400) als einen Hub ausführbarer Aktuator (10, 150, 200, 300, 400) ausgeführt ist, wobei der Antrieb eingerichtet ist, um den Aktuator (10, 150, 200, 300, 400) oszillierend anzusteuern, wobei der Hubweg (12) des Aktuators (10, 150, 200, 300, 400) mittels eines Übersetzungselementes (18; 206, 208) an einen rücklaufgehemmten Läufer (36, 154, 210) zur Vorspannung des mechanischen Energiespeichers (40, 538) übertragen wird und/oder ein Bewegungselement (218, 560, 616) direkt antreibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für ein medizinisches Gerät mit einem Aktuator und Verwendungen für einen solchen Antrieb.
Stand der Technik
In tragbaren medizinischen Geräten, wie z. B. Glucose-Messgeräten, nimmt die automatische Lanzettierung einer Körperstelle und die sich anschließende automatische Blutgewinnung aus der durch den Lanzettiervorgang erzeugten Körperöffnung eine wesentliche Rolle ein. Zur Umwandlung elektrischer Energie aus dem den Glucose-Messgeräten eigenen elektrischen Langzeitspeicher wie z. B. Akkus oder Batterien in mechanische Energie, werden gemäß des Standes der Technik in der Regel Elektromotoren oder Elektromagnete eingesetzt. Mit Hilfe dieser Antriebe wird entweder direkt eine Stechbewegung ausgeführt oder ein sekundärer mechanischer Energiespeicher z. B. in Gestalt einer Feder, geladen und anschließend zur Erzeugung der Stechbewegung hochdynamisch entleert (vergleiche DE 10 2004 037 270 A1 ). Speziell das Laden eines Federelements, welches als sekundärer mechanischer Energiespeicher eingesetzt werden kann, erfordert einen Antrieb, der in der Lage ist, die Federkraft bzw. das zur Vorspannung einer Torsionsfeder notwendige Federdrehmoment aufzubringen. Um diese hohen Kräfte und Momente aufzubringen, werden z. B. als Elektromotoren eingesetzte Gleichstrommotoren mit hoch untersetzten Getrieben ausgestattet.
Die in Glucose-Messsystemen bisher eingesetzten Elektromotoren müssen zur Erhöhung des Drehmoments zur Vorspannung eines sekundären mechanischen Energiespeichers üblicherweise mit einem Getriebe ausgestattet werden. Diese Getriebe haben allerdings, insbesondere bei großen Übersetzungsverhältnissen, schlechte Wirkungsgrade. Zudem verursachen die eingesetzten Getriebe Laufgeräusche und nehmen einen großen Bauraum ein, der bei Glucose-Messgeräten aus Gründen des einfachen Handlings nur in sehr begrenztem Umfang zur Verfügung steht. Außerdem werden hochübersetzte Getriebe meistens mit Metallzahnrädern sowie mit präzisen Lagerungen versehen, was deren Herstellung sehr teuer macht. Demzufolge würden zum Vorspannen von sekundären mechanischen Energiespeichern eingesetzte hochübersetzte Getriebe einerseits die Abmessungen eines integrierten Glucose-Messsystems erheblich vergrößern sowie dessen Herstellkosten erheblich steigern, was in höchstem Maße unerwünscht ist.
US 4,383,195 bezieht sich auf einen piezoelektrisch betätigten Schnappverschluss. Ein piezoelektrischer Aktuator enthält ein piezoelektrisches Element. Es wird eine Schnappeinrichtung offenbart, mit welcher eine Kraft erzeugt werden kann, die in Gegenrichtung zu der vom piezoelektrischen Element erzeugten Ausdehnung gerichtet ist, wobei eine vorbestimmte Reaktionskraft zu überwinden ist, um ein Einschnappen der Schnappvorrichtung auszulösen. Das piezoelektrische Element umfasst piezoelektrische Mittel zur Bereitstellung einer der Schnappverbindung entgegengesetzten Kraft, welche die Reaktionskraft übersteigt sowie Mittel zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die piezoelektrischen Mittel, so dass die in Gegenrichtung wirkende Kraft erzeugt werden kann und Energie in der Schnappvorrichtung gespeichert werden kann, so dass das Schnappen der Vorrichtung ermöglicht wird.
US 6,313,566 B1 bezieht sich auf einen piezoelektrisch betätigten Motor. Der offenbarte piezoelektrische Motor enthält einen Motorkörper sowie eine mit dem Motorkörper in Verbindung stehende Schicht. Mit dieser Schicht steht eine Vielzahl von Beinchen derart in Verbindung, dass die Beinchen an ein Substrat angestellt werden. Jedes der Beinchen enthält einen piezoelektrischen Wafer. Die Betätigung eines piezoelektrisch wirksamen Wavers verschiebt ein entsprechendes Beinchen relativ zum Substrat. Diese Verschiebung erzeugt eine Übertragung von Energie auf die Schicht. Die in der Schicht auf diese Weise gespeicherte Energie kann derart genutzt werden, dass sich der Motor entlang des Substrats bewegt. Die Beinchen sind in der Lage, sich unabhängig voneinander zu bewegen und ebenso in der Lage, sich sequentiell zu bewegen oder innerhalb vorbestimmter Gruppen oder Einheiten. Die Beinchen können ebenso paarweise angeordnet werden, wobei die einzelnen Beinchen eines Beinchenpaars eine simultane Bewegung ausführen. Der Motor ermöglicht das Aufrechterhalten einer hohen Haltekraft bei nicht anwesender Energiezufuhr.
Aus der nachveröffentlichten DE 103 36 933 A1 ist ein Blutentnahmesystem zur Entnahme von Blut für Diagnosezwecke bekannt, welches ein Gehäuse mit Lanzette umfasst. Die Lanzette ist in dem Gehäuse beweglich. Weiterhin umfasst das Blutentnahmesystem einen Lanzettenantrieb mit einer Antriebsfeder und einer Spanneinrichtung, welche ein Betätigungselement einschließt, das über einen eingangsseitigen Kopplungsmechanismus derart mit der Antriebsfeder gekoppelt ist, dass sie in einer Spannphase der Bewegung des Lanzettenantriebs bei Bewegung des Spannelements gespannt wird. Das Betätigungselement der Spanneinrichtung ist mit einer Bahnsteuerung, die als Glieder der Bahnsteuerung ein Steuerbahnteil und einen Steuernocken umfasst, gekoppelt, wobei der Steuernocken während mindestens eines Teils der Spannphase eine Relativbewegung bezüglich des Steuerbahnteils macht, bei der er die Steuerbahn des Steuerbahnteils abfahrt und dadurch mindestens ein Teil der Bewegung des Lanzettenantriebs gesteuert wird.
Angesichts der skizzierten Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Antrieb bereitzustellen, der sich einerseits durch geringe Außenabmessungen und andererseits durch einen hohe Stellkräfte erzeugenden Aktuator auszeichnet, der zum Beispiel innerhalb eines tragbaren Messgerätes angeordnet werden kann und dort mehrere Funktionen erfüllt. Es sollen auch Verwendungen für einen solchen Antrieb angegeben werden.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Antrieb zum Beispiel für ein Messgerät oder eine Insulinpumpe vorgeschlagen, welcher eine Stechvorrichtung zur Gewinnung von Körperflüssigkeit umfassen kann und einen Aktuator umfasst, der dem Aufladen eines mechanischen Energiespeichers dient. Der Aktuator ist als einen Hub ausführbarer Aktuator ausgeführt. Der Antrieb ist eingerichtet, um den Aktuator oszillierend anzusteuern, wobei der Hubweg des Aktuators mittels eines Übersetzungselements an einen rücklaufgehemmten Läufer zur Vorspannung des mechanischen Energiespeichers übertragen wird und/oder ein Bewegungselement direkt antreibt.
Der Aktuator kann beispielsweise als Piezoaktuator ausgeführt werden, wobei dessen Längenänderung bei Verbindung mit einer Spannungsquelle mittels eines Übertragungselementes an einen rücklaufgehemmten Läufer zur Vorspannung des mechanischen Energiespeichers übertragen wird. Aufgrund des Übertragungselementes lässt sich der nur wenige μm betragende Hub des Piezoaktuators in einen größeren Hub übersetzen, der an den rücklaufgehemmten Läufer übertragen wird. Dem Läufer ist dabei eine Rücklaufsperre zugeordnet, die bei Aufhebung der Längenänderung des Piezoaktuators dessen Rückbewegung in seine Ausgangslage verhindert und den beim vorangegangenen Zyklus des Piezoaktuators zurückgelegten Hubweg konserviert. Bei oszillierender Spannungsversorgung des Piezoaktuators werden die kurzhubigen Piezoaktuatorbewegungen somit zu einem großen Gesamthub, der auf den rücklaufgehemmten Läufer wirkt, addiert.
Der Aktuator des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs kann in einer weiteren vorteilhaft einsetzbaren Ausführungsvariante auch durch eine mit einem Druckmedium beaufschlagbaren Membran realisiert werden. In vorteilhafter Weise wird bei dieser Ausführungsvariante ein Membranmaterial eingesetzt, welches eine Auslenkbewegung bei Druckbeaufschlagung eines Hohlraumes ausführt und aufgrund der Auslenkung eine Verformung ausführt. Eine bei Druckbeaufschlagung des durch das Membranmaterial verschlossenen Hohlraumes auftretende Verformung des Membranmaterials kann an eine Hubbewegung entsprechend eines definierten Übersetzungsverhältnisses vergrößerndes Übersetzungselement übertragen werden. Bei dieser Ausführungsvariante ist der bei Verformung des Membranmaterials erzielbare Hub bei Auslenkung des Membranmaterials von dem Membranmaterial, der Materialdicke des Membranmaterials sowie der Druckbeaufschlagung des durch das Membranmaterial verschlossenen Hohlraumes abhängig. Der Hohlraum, der durch das Membranmaterial gemäß dieser Ausführungsvariante verschlossen ist, kann mit einem Druckmedium, wie zum Beispiel einem Gas oder mit Flüssigkeiten wie H₂O oder Öl beaufschlagt werden, beaufschlagt werden.
Als weitere Ausführungsvariante eines Aktuators für ein tragbares Messgerät oder für eine Insulinpumpe kann der Aktuator auch als Mikromotor ausgebildet werden. Der Mikromotor treibt einen gerundet ausgebildeten Nocken an, welcher im Wesentlichen eine ovale Kontur aufweist. Bei Rotation einer Abtriebswelle des Mikromotors wird der drehfest mit der Abtriebswelle verbundene Nocken in Rotation versetzt und kontaktiert ein zum Beispiel hebelförmig ausbildbares Übersetzungselement je nach Ausführungsvariante des Nockens pro Umdrehung ein- oder mehrmals. Dadurch kann eine oszillierende Bewegung eines Übersetzungselementes erreicht werden, welches eine durch die Rotationsbewegung des Nockens hervorgerufene Auslenkung eines Hebelendes entsprechend der Übersetzungskonfiguration des Übersetzungselementes in einen rücklaufgehemmten Läufer überträgt.
In vorteilhafter Weiterbildung des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens kann in der Ausführungsvariante mit einem Piezoaktuator dieser mit einer oszillierenden Spannungsquelle verbunden und wieder entladen werden. Über die oszillierende Spannungsversorgung des Piezoaktuators kann erreicht werden, dass die bei der Längenänderung des Piezoaktuators, der einen Piezokristallstapel umfasst, mit hohen Kräften erfolgende Hubbewegungen zum Vorspannen beispielsweise eines als Torsions- oder als Blattfeder ausgebildeten Läufers getriebefrei übertragen werden.
Insbesondere kann durch geeignete Wahl des Übersetzungselementes zwischen dem rücklaufgehemmten Läufer und dem Piezoaktuator das Übersetzungselement Längenänderungen des Piezoaktuators in einem Verhältnis von beispielsweise 1:25 und mehr an den rücklaufgehemmten Läufer übertragen. Damit lässt sich pro Ladungs-/Entladungszyklus des Piezoaktuators ein größerer Hub an den rücklaufgehemmten Läufer übertragen, verglichen mit der Hubbewegung, die der Piezokristallstapel des Piezoaktuators gemäß seiner Längenänderung bei Anlegen einer Spannung ausführt.
Aufgrund des in vorteilhafter Weise dem rücklaufgehemmten Läufer zugeordneten Rücklaufsperre lässt sich, bei Entladung des Piezoaktuators, der bei der vorangegangenen Längenänderung zurückgelegte Hub des rücklaufgehemmten Läufers an diesem konservieren. Die Rücklaufsperre kann entweder als ein Sperrrad oder als eine Außenverformung, wie zum Beispiel eine Art Außenverzahnung, am in einer Führung geführten Läufer ausgebildet werden. Die Rücklaufsperre wird vorzugsweise so dimensioniert, dass deren Totgang kleiner als der ausgeführte Weg des Übertragungselementes an dessen langem Ende gehalten ist. Die dem rücklaufgehemmten Läufer zugeordnete Rücklaufsperre weist einen Totgang auf, welcher kleiner ist als der beispielsweise über einen Piezoaktuator erzielbare Hub. Somit ist sichergestellt, dass der Aktuatorhub am verlängert ausgebildeten Ende des Übersetzungselementes auch tatsächlich an den rücklaufgehemmten Läufer übertragen wird und diesen bei einem Ladungs-/Entladungszyklus des Piezoaktuators tatsächlich weiterstellt. Der Totgang der Rücklaufsperre, z. B. eine Sperrklinke umfassend, die mit einer Verzahnung am rücklaufgehemmten Läufer zusammenwirkt, entspricht dem Maß der Zahnteilung der Verzahnung am rücklaufgehemmten Läufer.
In einer Ausgestaltungsvariante des Übertragungselementes wird dieses als Schwenkhebel ausgeführt, der um eine Schwenkachse innerhalb eines medizinischen Gerätes zur Gewinnung von Körperflüssigkeiten drehbar ist. Der Schwenkhebel umfasst zur Realisierung eines Übersetzungsverhältnisses ein erstes und ein zweites Hebelarmende, die in unterschiedlicher Länge, je nach gewünschtem Übersetzungsverhältnis, ausgeführt sind. Das Übersetzungselement, welches in Gestalt eines Schwenkhebels ausgebildet sein kann, koppelt die Hubbewegung des Piezokristallstapels des Piezoaktuators mit der Bewegung des rücklaufgehemmten Läufers, sei es ein Sperrrad, sei es ein blockförmig ausgebildeter, in einer Führung geführter Läufer, der form- oder kraftschlüssig hinsichtlich seines Rücklaufs gehemmt ausgebildet ist.
Gemäß einer ersten erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsvariante wird ein oszillierend angesteuerter Piezostapelaktuator mit Hebelmimik und Läufer eingesetzt. Das Hebelgetriebe realisiert eine Übersetzung des Piezoaktuatorhubes, der typischerweise zwischen 3 μm und 20 μm liegt, in einen größeren Hub von wenigen Zehnteln mm, so zum Beispiel zwischen 0,3 und 0,5 mm. Dieser größere Hub wird an den rücklaufgehemmten Läufer weitergegeben. Die Unterbindung der Rücklaufbewegung des Läufers während des Zusammenziehens des Piezoaktuators während dessen Entladungsphase erfolgt mit einer Rücklaufsperre, die zum Beispiel als eine Klinkensperre ausgebildet sein kann. Durch die Wiederholungen von Ladungs-/Entladungszyklen des Piezoaktuators werden die kurzhubigen Aktuatorbewegungen zu einem großen Gesamthub addiert. Nach diesem Prinzip kann mechanische Energie in einem durch den rücklaufgehemmten Läufer beaufschlagten mechanischen Energiespeicher gespeichert werden, wobei dieser mechanische Energiespeicher zum Beispiel als eine lineare oder eine rotatorisch ausgebildete Feder ausgebildet sein kann. In ähnlicher Weise kann durch den mittels des Piezoaktuators kontinuierlich vorgespannten Läufer das Bewegen von Teilen eines medizinischen Gerätes, wie zum Beispiel eines Teststreifens oder einer Teststreifentrommel, oder der Antrieb einer Insulinpumpe realisiert werden.
Das eingesetzte Übersetzungselement, beispielsweise ausgebildet als ein drehbar gelagerter, mit unterschiedlichen Hebelarmen versehener Hebel, lässt sich als Kunststoffspritzguss- oder als Metallstanzteil ausführen. Der rücklaufgehemmte Läufer, sei es ein Sperrrad, sei es ein blockartig ausgeführter, in Führungen geführter Läufer sowie die Lager können ebenfalls als Kunststoffspritzgussteile gefertigt werden. Damit ist der gesamte Antrieb kostengünstig herzustellen, benötigt wenig Bauvolumen und ist extrem geräuscharm. Durch den Wegfall eines mehrere Zahnräder umfassenden Getriebes kann zudem erreicht werden, dass sich ein sehr hoher Wirkungsgrad einstellt, was für den Energiehaushalt in medizinischen Geräten zur Gewinnung von Körperflüssigkeiten oder bei Insulinpumpen von sehr hoher Bedeutung ist.
In einer weiteren erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsvariante wird der innerhalb eines medizinischen Gerätes, z. B. einer Insulinpumpe, einsetzbare Piezoaktuator mit einer Wechselspannung der gewünschten Arbeitsfrequenz angesteuert. Bei dem medizinischen Gerät kann es sich neben einer Insulinpumpe um ein Mess- oder Analysegerät mit einzelnen Teststreifen oder mit einer Vielzahl in einem Magazin aufgenommenen Teststreifen handeln. Ferner kann der vorgeschlagene Antrieb in integrierten Systemen mit einer Stechhilfe und einer Auswerteeinheit für eine Probenauswertung eingesetzt werden. In diesen Geräten können mit dem vorgeschlagenen Antrieb Systemfunktionen wie die Auslösung des Stechvorgangs, der Transport- und Vorschub des Teststreifens oder der Transport des Teststreifenmagazins erreicht werden. Auch kann der vorgeschlagene Antrieb in reinen Blutentnahmegeräten eingesetzt werden. Je länger der Piezokristallstapel des eingesetzten Piezoaktuators ist, ein desto größerer Arbeitshub lässt sich erzielen. Der durch die Längenänderung des Piezokristallstapels (typischerweise 1,5 μm Längenänderung pro 1 mm Kristallstapel-Länge) bewirkte Hub wird auf das angekoppelte, drehbar gelagerte Übersetzungselement übertragen. Durch das durch die Ausbildung des Übersetzungselementes eingestellte Übersetzungsverhältnis vergrößert sich der Hub der Hebelspitze, die zum Beispiel auf einen als Sperrrad ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufer wirkt. Bei Ausdehnung des Piezoaktuators dreht sich das Sperrrad, wobei eine Rücklaufsperre diese Drehrichtung durch eine federbelastete Drehbewegung freigibt. Beim Zusammenziehen des Piezoaktuators während der Entladungsphase wird das als Hebel ausgebildete Übersetzungselement durch Federkraft in seine Ausgangslage zurückgestellt. Dabei verhindert die Rücklaufsperre, welche eine Sperrklinke und das Sperrrad umfasst, die Rotation des Sperrrades entgegen der Drehrichtung, wodurch sich ein sekundärer Energiespeicher vorspannen lässt.
Die Rücklaufsperre, die gemäß dieser Ausführungsvariante ein Sperrrad und eine diesem zugeordneten Sperrklinke umfassen kann, lässt sich alternativ auch als Klemmkörperfreilauf, als Schlingfederfreilauf oder als Reibrichtgesperre ausführen.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann eine linear arbeitende Anordnung eines Antriebs für ein medizinisches Gerät, z. B. eine Insulinpumpe, zur Verfügung gestellt werden. Der Piezostapelaktuator gemäß dieser Ausführungsvariante wirkt mit einem hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselement und einer Feder zusammen. Gemäß dieser Ausführungsvariante ist der rücklaufgehemmte Läufer mit einer Rücklaufsperre versehen, die fischgrätartig ausgebildet ist. Eine Seite des blockförmig ausgebildeten, in einer Führung geführten Läufers wirkt mit der den blockförmig ausgebildeten Läufer umgebenden Führung derart zusammen, dass die geneigt ausgebildeten Einzelrippen an einer Außenseite des Läufers in Bezug auf die Vorspannbewegung des blockförmig ausgebildeten Läufers geneigt sind. Dadurch wird eine Vorwärtsbewegung des blockförmig ausgebildeten Läufers zur Vorspannung eines sekundären Energiespeichers ermöglicht, dessen Rückwärtsbewegung während des Entladungsphase des Piezoaktuators jedoch aufgrund der sich an die Linearführung anlegenden Rippen gehemmt.
In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs für ein medizinisches Gerät, z. B. zur Gewinnung von Körperflüssigkeiten, oder einer Insulinpumpe, lässt sich dem Piezoaktuator ein U-förmig gebogen ausgebildeter, wippenförmiger Hebel zuordnen. Der als Übersetzungselement dienende, sich an einem Auflager abstützende Hebel umfasst einen langen sowie einen kurzen Schenkel. Der wippenförmige Hebel ist auf einem Widerlager des Gehäuses abgestützt. Der vom Übersetzungselement übertragene Piezoaktuatorhub wird in eine Drehbewegung radial übertragen. Gemäß dieser Ausführungsvariante weist eine Welle zwei Klemmrollenfreiläufe auf, wobei einer der Außenringe eines der Klemmrollenfreiläufe fest mit der Welle verbunden ist. Ein Außenring des anderen Freilaufs ist stationär mit dem Gerätegehäuse des medizinischen Gerätes, z. B. zur Gewinnung von Körperflüssigkeiten, oder einer Insulinpumpe verbunden. Eine geräteseitig ausgebildete Feder für eine Stechhilfe zur Herstellung einer Körperflüssigkeitsentnahmeöffnung kann mit dem Ende der Welle verbunden und durch deren Drehbewegung vorgespannt werden. Nach der Auslösung beispielsweise einer Stechhilfe kann die dabei entspannte Feder erneut in eine Richtung unidirektional verdreht werden (360°-Antrieb).
In einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist der Antrieb als axial arbeitender Antrieb ausgelegt.
Gemäß dieser Ausführungsvariante betätigt der Piezokristallstapel über eine Hebelzange mit einem Festkörpergelenk eine Antriebsglocke. Die Antriebsglocke ist auf einer Abtriebswelle drehbar gelagert. Eine während der Ladephase des Piezoaktuators erzeugte Drehbewegung der Antriebsglocke wird an einen im Inneren der Antriebsglocke vorgesehenen Freilaufstern übertragen. Der Freilaufstern seinerseits ist drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Beim Zusammenziehen des Piezoaktuators während der Entladungsphase dreht eine Torsionsfeder die Antriebsglocke in ihre Ausgangslage zurück; bei dieser Rückstellbewegung vermag sich der von der Antriebsglocke umschlossene Freilaufstern und damit die Abtriebswelle innerhalb einer Freilaufglocke nicht mit zurückzudrehen. Aufgrund der aufeinander folgenden Ladungs- und Entladungszyklen des Piezoaktuators ergibt sich eine in eine Richtung verlaufende unidirektionale Drehbewegung an der Abtriebswelle, die zum Speichern von Energie in einem mechanischen Energiespeicher ausgenutzt werden kann. Die Rücklaufsperre gemäß dieser axial arbeitenden Ausführungsvariante umfasst den Freilaufstern, die Antriebsglocke sowie die Freilaufglocke. Alternativ kann in dieser Ausführungsvariante auch ein Klemmkörperfreilauf, ein Schlingfederfreilauf oder auch ein Reibrichtgesperre eingesetzt werden.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine erste Ausführungsvariante eines mit einer Rücklaufsperre versehenen Antriebs mit Piezoaktuator,
2a eine Ausführungsvariante der Rücklaufsperre als Klemmkörperfreilauf,
2b eine Ausführungsvariante der Rücklaufsperre als Schlingfederfreilauf,
2c eine Ausführungsvariante der Rücklaufsperre als Reibrichtgesperre,
3 eine Ausführungsvariante eines Antriebs mit einem Übersetzungsverhältnis von beispielsweise 1:25,
4 einen in einen Stechantrieb integrierten erfindungsgemäß vorgeschlagenen Piezoaktuator zum Spannen einer Stechantriebsfeder und
5 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs in axialer Ausführungsform mit kleinem Bauvolumen,
6 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs mit auslenkbarer Membran,
7 eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs für tragbare Messgeräte oder Insulinpumpen mit einem Mikromotor,
8 die Darstellung eines Kombiantriebs,
9 ein ein Blutentnehmsystem und einen Magazintransport umfassendes System in Teildarstellung,
10 und 11 Trommelmagazine mit gespeicherten und herausgeschobenen medizinischen Verbrauchmitteln,
12 ein in einem Analysegerät aufgenommenes Trommelmagazin und
13 eine als Spritze ausgebildete Insulinpumpe.
Ausführungsvarianten
1 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines mit einer Rücklaufsperre versehenen Antriebs durch einen Piezoaktuator.
Unter medizinischen Geräten werden nachfolgend solche Geräte verstanden, welche zur Gewinnung einer Körperflüssigkeit, wie zum Beispiel Blut, die Haut mittels einer automatischen Lanzettierung durchstechen und aus der derart erzeugten Entnahmestelle Blut entnehmen und einem Teststreifen zuführen. Die nachfolgend eingehender beschriebenen medizinischen Geräte umfassen entweder einen oder eine Vielzahl von Teststreifen, die in einem Magazin oder einer Trommel aufgenommen sind. Beim Betrieb eines derartigen medizinischen Gerätes ist dieses mit einer Spannungsquelle, sei es eine Batterie, sei es ein Akku, versehen, über welche Aktuatoren, die als Antriebe dienen, mit einer Spannung versorgbar sind. Die Spannungsquellen stellen elektrische Langzeitspeicher dar, deren elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Die mechanische Energie dient zur Auslösung von Stechbewegungen und/oder zur Vorspannung eines sekundären mechanischen Energiespeichers, mit dessen Hilfe eine hochdynamisch ablaufende Stechbewegung herbeigeführt werden kann. Ferner lässt sich der erfindungsgemäß vorgeschlagene Antrieb als Antrieb für eine Insulinpumpe einsetzen oder zum Transport von Teststreifen oder eines eine Vielzahl von Teststreifen aufnehmenden Magazins z. B. eines Trommelmagazins.
1 zeigt einen Piezoaktuator 10, der eine Vielzahl von Piezokristallen umfasst, die stapelförmig übereinander angeordnet sind. Während der Ladungsphase des Piezoaktuators 10 erfolgt eine Längenänderung jedes einzelnen Piezokristalls, die aufaddiert zu einer Längenänderung des Piezokristallstapels in der Größenordnung zwischen 3 μm und 20 μm führen. Die Längenänderung des Piezoaktuators 10 ist in der Darstellung gemäß 1 durch den Doppelpfeil 12 bezeichnet. Bei Anlegen einer Spannung während der Ladungsphase des Piezoaktuators 10 erfolgt eine Längenänderung desselben, während der Entladungsphase des Piezoaktuators 10 zieht sich der Piezokristallstapel des Piezoaktuators 10 auf seine ursprüngliche Länge zusammen.
Dem in 1 dargestellten Piezoaktuator 10 ist ein Aktuatorkopf 16 zugeordnet, der ein erstes Ende 20 eines hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18 beaufschlagt. Der Aktuatorkopf 16 beaufschlagt beispielsweise einen ersten Hebelarm 30 des Übersetzungselementes 18, während oberhalb des ersten Hebelarmes 30 des Übersetzungselementes 18 ein als Feder ausgebildetes Rückstellelement 14 vorgesehen ist. Das hebelförmig ausgebildete Übersetzungselement 18 umfasst das bereits erwähnte erste Ende 20 sowie ein zweites Ende 22. Das Übersetzungselement 18 ist um eine Drehachse 24 drehbar gelagert. Bei Anlegen einer Spannung an den Piezoaktuator 10 führt das Übersetzungselement 18 eine Bewegung in Drehrichtung 26 aus. Die Drehachse 24 des Übersetzungselementes 18 ist in einem Lager 28 gehäusefest aufgenommen. Das hebelförmig ausgebildete Übersetzungselement 18 umfasst darüber hinaus einen zweiten Hebelarm 32, dessen zweiten Ende 22 einem als Sperrrad 36 ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufer zugeordnet ist. Das Sperrrad 36 umfasst beispielsweise, wie in 1 dargestellt, eine zackenförmig ausgebildete Verzahnung 50. Das zweite Ende 22 des Übersetzungselementes 18 greift in die Zwischenräume der Verzahnung 50 ein.
Oberhalb des als Sperrrad 36 ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers befindet sich eine Rücklaufsperre 34. Die Rücklaufsperre 34 ist als Sperrklinke 42 ausgebildet und um ein Drehlager 46 bewegbar. Die Sperrklinke 42 wird ihrerseits durch ein Rückstellelement 44 beaufschlagt. An der Unterseite der Sperrklinke 42 befindet sich ein Haken 52, der in die Freiräume der Verzahnung 50 am Umfang des als Sperrrad 36 ausgeführten rücklaufgehemmten Läufers hineinragt.
Während der Ladungsphase des Piezoaktuators 10 führt dieser eine Längenänderung 12 aus. Dadurch stellt der Aktuatorkopf 16 entgegen der Wirkung des Rückstellelementes 14 den ersten Hebelarm 30 des Übersetzungselementes 18 nach oben. Dadurch wird das Übersetzungselement 18 um die Drehachse 24 in Drehrichtung 26 geschwenkt. Das am zweiten Hebelarm 32 ausgebildete zweite Ende 22 des Übersetzungselementes 18 greift in die Zwischenräume der Verzahnung 50, die am Umfang des als Sperrrad 36 ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers ausgeführt ist, ein und dreht das Sperrrad 36 in Drehrichtung 38. Dadurch wird ein sekundärer mechanischer Energiespeicher 40 – dargestellt als Torsionsfeder – vorgespannt. Bei der Drehung des als Sperrrad 36 ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers in Drehrichtung 38 wandert der an der Unterseite der Sperrklinke 42 ausgebildete Haken 52 aufgrund der Geometrie der Verzahnung 50 mit steiler Flanke und allmählich ansteigender Flanke von Freiraum zu Freiraum am als Sperrrad 36 ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufer des integrierten Messgerätes. Aufgrund der Drehbewegung des Sperrrades 36 wird der sekundäre Energiespeicher 40 vorgespannt.
Die Rücklaufsperre 34, die Sperrklinke 42 umfassend, welche mit einer Außenverzahnung 50 eines als Sperrrad 36 ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers zusammenwirkt, weist einen Torgang bezüglich der Zahnteilung der Verzahnung 50 und dem hakenförmigen Vorsprung 52 auf, der kleiner bemessen ist als zum Beispiel eine Zahnteilung der Außenverzahnung 50 des Sperrrades 36, über welches der sekundäre mechanische Energiespeicher 40 vorgespannt wird. Somit ist sichergestellt, dass bei Spannungsbeaufschlagung eines Piezoaktuators 10 dessen Hubweg auch tatsächlich in eine Weiterbewegung, das heißt in diesem Falle in eine Drehbewegung des als Sperrrad 36 ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers, erfolgt. Bei Vorsehen einer Verzahnung am Sperrrad 36 ist der Totgang der Rücklaufsperre 34 kleiner als die Zahnteilung der Verzahnung am Umfang des als Sperrrad ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers 36.
Wird die Ladungsphase des Piezoaktuators 10 beendet, nimmt während der Entladungsphase des Piezoaktuators 10 die eingetretene Längenänderung 12 des Piezokristallstapels ab und der Piezoaktuator 10 nimmt seine ursprüngliche Länge wieder ein. Durch das dem ersten Hebelarm 30 zugeordnete Rückstellelement 14 wird das Übersetzungselement 18 um die Drehachse 24 zurückgestellt. Um zu verhindern, dass während der Entladungsphase des Piezoaktuators 10 der als Sperrrad 36 ausgebildete rücklaufgehemmte Läufer ebenfalls eine Rückstellbewegung ausführt, blockiert der Haken 52 an der Unterseite der federbeaufschlagten Sperrklinke 42 die Rückdrehung des als Sperrrad 36 ausgebildeten Läufers entgegen der Drehrichtung 38. Die Rücklaufsperre 34, d. h. die Anordnung aus dem als Sperrrad 36 ausgeführten rücklaufgehemmten Läufer mit Außenverzahnung 50 und Sperrklinke 42, weist einen Totgang auf, der kleiner als der ausgeführte Hebelweg während der Ladungsphase des Piezoaktuators 10 ist. Aufgrund der Auslegung des ersten Hebelarmes 30 und des zweiten Hebelarmes 32 hinsichtlich des Übersetzungsverhältnisses, kann pro Ladungs-/Entladungszyklus des Piezoaktuators 10, dessen Hub bei Längenänderung 12 von 3 μm bis 20 μm in einen Hubweg am zweiten Ende 22 des zweiten Hebelarmes 32 von wenigen Zehntel mm, so zum Beispiel zwischen 0,2 mm und 0,5 mm, erhöht werden. Da der während der Ladungsphase des Piezoaktuators 10 der bei der vorangegangenen Ladungsphase des Piezoaktuators 10 gewonnene mechanische Energieinhalt des sekundären mechanischen Energiespeichers 40 aufgrund der Verhinderung der Rückdrehung des als Sperrrad 36 ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers im sekundären Energiespeicher 40 gespeichert bleibt, kann bei einem nachfolgenden Ladungs-/Entladungszyklus des Piezoaktuators 10 eine weitere Verdrehung des als Sperrrad 36 ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers in Drehrichtung 38 erzielt werden, so dass bei oszillierenden Wiederholungen der Längenänderung 12 am Piezoaktuator 10 ein großer Gesamthub beziehungsweise eine große Gesamtverdrehung am Läufer erreicht werden kann und eine kontinuierliche Vorspannung beispielsweise des als Feder ausbildbaren sekundären mechanischen Energiespeichers 40 erreicht wird.
Ist der sekundäre mechanische Energiespeicher 40 vorgespannt, so kann dieser hochdynamisch entleert werden, was zum Beispiel zur Vornahme einer Stechbewegung einer Lanzette in einem Blutentnahmegerät ausgenutzt werden kann. Diese sticht beispielsweise die menschliche Haut, so dass eine Austrittsöffnung für eine Körperflüssigkeit, wie zum Beispiel Blut, gewonnen wird. Neben der hochdynamischen Entleerung des sekundären mechanischen Energiespeichers 40, der als Torsionsfeder, Spiralfeder oder als lineare Feder beschaffen sein kann, ist über den im sekundären mechanischen Energiespeicher 40 gespeicherten Energieinhalt die Bewegung eines Teststreifens, einer mehrere Teststreifen aufnehmenden Trommel oder eines anders gestalteten Teststreifenmagazins in integrierten medizinischen Geräten, welche bevorzugt tragbar ausgebildet sind, realisierbar. Ferner kann eine Insulinpumpe mit einem derartigen Antrieb versehen werden.
Das Übertragungselement 18, welches in der in 1 dargestellten Ausführungsvariante bevorzugt hebelförmig ausgebildet wird, kann in die Herstellungskosten senkender Weise, zum Beispiel als Kunststoffspritzgussbauteil oder als Metallstanzteil, ausgeführt werden. Auch die Rücklaufsperre 34, mit als Sperrrad 36 ausgebildetem rücklaufgehemmten Läufer mit Außenverzahnung 50 kann als Kunststoffspritzgussbauteil gefertigt werden. Somit lässt sich der Antrieb zum Umwandeln von elektrischer Energie des Langzeitspeichers in mechanische, in einem sekundären Energiespeicher 40 vorzuhaltende, mechanische Energie kostengünstig, insbesondere wenig Bauraum beanspruchend im Gehäuse eines medizinischen Gerätes unterbringen. Der vorgeschlagene Antrieb zeichnet sich insbesondere durch hohe Geräuscharmut aus, wobei aufgrund des Wegfalls eines Rädergetriebes ein sehr hoher Wirkungsgrad erzielbar ist. Dies wiederum begünstigt die Lebensdauer des im medizinischen Gerät, z. B. einer Insulinpumpe, aufgenommenen Langzeitenergiespeichers, wie zum Beispiel eines Akkus oder einer Batterie.
Der Figurensequenz der 2a, 2b und 2c sind verschiedene Ausführungsvarianten für Rücklaufsperren zu entnehmen, die im Rahmen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eingesetzt werden können.
Anstelle der in der Ausführungsvariante gemäß 1 dargestellten Rücklaufsperre 34 kann die Rücklaufsperre 34 auch als Klemmrollenfreilauf 80 ausgebildet werden. Der in 2a dargestellte Klemmrollenfreilauf 80 umfasst mehrere Klemmrollen 82. Die Klemmrollen 82 sind über eine Feder 84 beaufschlagt und in Ausnehmungen 86 einer Welle 92 aufgenommen. Jede der Ausnehmungen 86 umfasst eine Schräge 88, wobei sich die die Klemmrolle 82 jeweils beaufschlagende Feder 84 an einer Seite der Ausnehmung 86 abstützt, die etwa senkrecht in Bezug auf die Schräge 88 orientiert ist. Die Ausnehmung 86 wird von einer rohrförmigen Fläche 90 umschlossen. Bei Bewegung der rohrförmigen Fläche 90 im Uhrzeigersinn werden die federbeaufschlagten Klemmrollen 82 zwischen die Innenseite der rohrfömigen Fläche 90 und die Schräge 88 gestellt, so dass die Welle 92, in der die Ausnehmungen 86 vorgesehen sind, im Uhrzeigersinn mit bewegt wird. Wird hingegen die rohrförmig ausgebildete Fläche 90 entgegen des Uhrzeigersinnes bewegt, so dreht sich die rohrförmige Fläche 90 relativ zur Welle 92, in der die Ausnehmungen 86 ausgebildet sind, frei, ein Mitnahmeeffekt unterbleibt. Die Klemmrollen 82 werden demnach nur bei Rotation des Klemmkörperfreilaufes 80 entgegen des Uhrzeigersinnes zwischen der rohrförmigen Fläche 90 und der Welle 92, in der die Ausnehmungen 86 ausgebildet sind, eingeklemmt und bewirken somit den Mitnahmeeffekt.
Mit Bezugszeichen 100 ist ein Klemmrollenfreilauf mit einem Innenstern bezeichnet. Am Innenstern 102 sind in Ausnehmungen 108 rollenförmig oder kugelförmig ausgebildete Klemmkörper 106 vorgesehen. Sobald die Klemmkörper 106 auf die schräg ausgebildeten Partien am Boden der jeweiligen Ausnehmungen 108 auflaufen, stellen sich die Klemmkörper 106 an die Innenseite des rohrförmigen Körpers 104 an und nehmen diesen entgegen des Uhrzeigersinns, gemäß des eingetragenen Pfeils in der Mitte von 2a, mit. Über den in der Mitte von 2a dargestellten Klemmrollenfreilauf 100 mit Innenstern 102 kann sowohl – je nachdem ob der rohrförmige Körper 104 oder die Welle 110 angetrieben ist – ein Freilauf beziehungsweise ein Klemmschluss erreicht werden.
Der Darstellung gemäß 2a ist darüber hinaus ein weiterer Klemmkörperfreilauf 80 zu entnehmen, welcher eine Bandspreizfeder 114 umfasst, in welcher in Umfangsrichtung gesehen voneinander beabstandet, mehrere Mitnehmer 116 aufgenommen sind. Je nach Drehrichtung der Welle 110 stellen sich die durch die Bandspreizfeder 114 fixierten Mitnehmer 116 an die Unterseite der rohrförmigen Fläche 90 an und bewirken so einen Klemmschluss zwischen der Welle 92, 110 und der rohrförmigen Fläche 90. Die einzelnen Mitnehmer 116, die in Umfangsrichtung gesehen voneinander beabstandet sind, werden in Doppelkäfigen 112 gehalten. Auch durch den in 2a rechts ausgebildeten Klemmkörperfreilauf 80 lässt sich ein Freilauf beziehungsweise ein Klemmschluss zwischen der Welle 92, 110 und einem rohrförmigen Körper 90 realisieren, wobei der Klemmschluss beziehungsweise der Freilauf davon abhängig ist, ob die rohrförmige Fläche 90 oder die Welle 92, 110 angetrieben ist. Dies eröffnet Freiheitsgrade hinsichtlich der Auslegung des Klemmkörperfreilaufes 80 hinsichtlich Abtriebsseite und Antriebsseite.
Der Darstellung gemäß 2b ist ein Schlingfederfreilauf zu entnehmen, der im erfindungsgemäß vorgeschlagenen integrierten Messgerät verwendet werden könnte.
Der in 2b dargestellte Schlingfederfreilauf 120 umfasst eine Feder 126, die um einen hülsenförmigen Ansatz eines Zahnrades geschlungen ist. Die Antriebsseite des Zahnrades ist mit Bezugszeichen 122 identifiziert, die Abtriebsseite durch Bezugszeichen 124. Die am hülsenförmigen Ansatz des antriebsseitigen Zahnrades 122 angeordnete Feder 126 weist mehrere Windungen auf, die den hülsenförmigen Ansatz am antriebsseitigen Zahnrad 122 umschließen. Je nachdem, in welche Richtung das Zahnrad 122 auf der Antriebsseite angetrieben wird, schlingt sich die Feder 126 zu einem höheren oder niedrigeren Grad um den hülsenförmigen Zapfen und treibt somit die auf der Antriebsseite 122 angeordneten Zahnrad aufgenommene Welle an oder lässt diese frei laufen.
Der Darstellung gemäß 2c sind Ausführungsvarianten von Reibrichtgesperren zu entnehmen.
Die in der Darstellung gemäß 1 dargestellte Ausführungsvariante der Rücklaufsperre 34 kann auch durch die in der 2c dargestellten Reibrichtgesperre verwirklicht werden. Bei den in 2c dargestellten Reibrichtgesperren 130 ist jeweils entweder ein kammförmig ausgebildeter Klemmring 132 beziehungsweise ein mit Nocken versehener Klemmkörperring 144 dargestellt. Der kammförmige Klemmring 132 weist mehrere geneigt angeordnete Rippen auf, die an der Innenseite einer Rolle 136, welche eine Abtriebsseite 142 darstellt, anliegen. Je nachdem, in welche Richtung der drehfest auf einer Welle 134, welche die Antriebsseite 140 darstellt, aufgenommene kammförmige Klemmring 132 rotiert, legen sich dessen kammförmig abstehende Rippen an der Innenseite der Rolle 136 an. Wird die Welle 134 im Uhrzeigersinn betrieben, so wird die Rolle 136 mitgenommen. Erfolgt eine Rotation der Welle 134 entgegen des Uhrzeigersinnes, so rutschen die kammförmig ausgebildeten Rippen an der Umfangsfläche des kammförmigen Klemmrings 132 an der Innenumfangsfläche der Rolle 136 vorbei.
Der Darstellung gemäß 2c ist des Weiteren ein Reibrichtgesperre 130 zu entnehmen, welches einen Klemmkörperring 144 enthält. Der Klemmkörperring 144 umfasst einzelne erhaben vorstehende Vorsprünge 138, die an der Innenumfangsfläche einer Rolle 136 anliegen. Die Rolle 136 stellt die Abtriebsseite des Reibrichtgesperres 130 dar. Der Antrieb des Reibrichtgesperres 130 erfolgt von der Antriebsseite 140 über die Welle 134 her. Bei Antrieb der Welle 134 im Uhrzeigersinn werden aufgrund des Versatzes zwischen den erhabenen Vorsprüngen 138 und den Nocken des Klemmkörperringes 144 die erhabenen Vorsprünge 138 von der Innenumfangsfläche der Rolle 136 weggestellt. Wird die Welle 134 auf der Antriebsseite 140 entgegen des Uhrzeigersinnes betrieben, so stellen sich die an der Außenumfangsfläche des Klemmkörperringes 144 vorgesehenen erhabenen Vorsprünge 138 an die Innenseite der Rolle 136 an und nehmen diese entgegen dem Uhrzeigersinn mit.
Der Darstellung gemäß 3 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs für ein medizinisches Gerät, z. B. einer Insulinpumpe, zu entnehmen.
Analog zur Darstellung gemäß 1 ist ein Piezoaktuator 10 vorgesehen, der während einer Ladungsphase eine Längenänderung 12 ausführt. Bei Spannungsbeaufschlagung des Piezoaktuators 10 fährt dessen Aktuatorkopf 16 an die Unterseite des Übersetzungselementes 18 an und lenkt das hebelförmig ausgebildete Übersetzungselement 18 um seine Drehachse 24 in Drehrichtung 26 aus. Dabei wird das Rückstellelement 14 komprimiert. Auch das in der Ausführungsvariante gemäß 3 dargestellte hebelförmig ausgebildete Übersetzungselement 18 umfasst einen ersten Hebelarm 30 und einen zweiten Hebelarm 32, durch deren Längenbemessung das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungselementes 18 eingestellt werden kann. Während das erste Ende 20 des Übersetzungselementes 18 bei der Schwenkbewegung des Übersetzungselementes 18 um die Drehachse 24 nach oben bewegt wird, bewegt sich das zweite Ende 22 des zweiten Hebelarmes 32 in Bezug auf die Drehachse 24 nach unten. Das spitz zulaufende Ende des zweiten Endes 22 des zweiten Hebelarmes 32 greift in eine Verzahnung an einer ersten Läuferseite 158 eines blockförmig ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers 154 ein. Der blockförmig ausgebildete rücklaufgehemmte Läufer 154 ist linear bewegbar und in einer Führung 156 aufgenommen. Eine Rücklaufsperre 152 ist durch die Ausbildung einer zweiten Läuferseite 160 des blockförmig ausgebildeten, linear bewegbaren Läufers 154 gegeben. Bei einer Abwärtsbewegung, die dem blockförmig ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufer 154 bei Auslenkung des Übersetzungselementes 18 um die Drehachse 24 aufgeprägt wird, bewegt sich der blockförmig ausgebildete Läufer 154 in vertikaler Richtung entsprechend des Pfeils nach unten und komprimiert den sekundären Energiespeicher 40, der in der Darstellung gemäß 3 als Schraubenfeder ausgebildet ist. Aufgrund der Konfiguration der zweiten Läuferseite 160 mit einer kammförmig ausgebildeten Rippenstruktur mit geneigten Rippen wird die Abwärtsbewegung des blockförmig ausgebildeten Läufers 154 in vertikaler Richtung nach unten nicht behindert. Ist der blockförmig ausgebildete rücklaufgehemmte Läufer 154 in der Führung 156 nach unten ausgelenkt, so verhindert die kammförmig ausgebildete Rippenstruktur an der zweiten Läuferseite 160 ein Zurückbewegen des blockförmigen, rücklaufgehemmten Läufers 154 in seiner Führung 156. Dies wird durch das Anstellen der jeweiligen Enden der Rippen an der zweiten Läuferseite 160 an die glatte Innenseite der Führung 156 bewirkt. Demnach verbleibt der rücklaufgehemmte, blockförmig ausgebildete Läufer 154 während der Entladungsphase des Piezoaktuators 10 in seiner Lage, bis zur nächsten Ladungsphase des Piezoaktuators 10 das zweite Ende 22 des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18 erneut nach unten bewegt wird und durch Eingriff an der Verzahnung an der ersten Läuferseite 158 den blockförmig ausgebildeten Läufer 154 in seiner Führung 156 weiter nach unten bewegt.
Mithin wird die oszillierende Hubbewegung des Piezoaktuators 10 in eine sich kontinuierlich aufaddierende Hubbewegung des blockförmig ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers 154 übersetzt. Je nachdem, welche Hebellängen der erste Hebelarm 30 beziehungsweise der zweite Hebelarm 32 in Bezug auf die Drehachse 24 des Übertragungselementes 18 aufweisen, kann eine Übersetzung der Längenänderung 12 des Piezoaktuators 10 in einen entsprechend größeren Hubweg des blockförmig ausgebildeten Läufers 154 erreicht werden. Der Piezoaktuator 10 wird mit einer Wechselspannung der gewünschten Arbeitsfrequenz angesteuert. Je länger der eingesetzte Piezoaktuator 10 ausgebildet ist, das heißt, je mehr Piezokristalle übereinander liegend geschichtet sind, eine desto höhere Längenänderung 12 lässt sich bei der Spannungsbeaufschlagung des Piezoaktuators 10 erreichen. Üblicherweise beträgt die Längenänderung eines Piezokristallstapels 1,5 μm pro 1 mm Piezokristallstapellänge.
Der durch den blockförmig ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufer 154 beaufschlagte sekundäre Energiespeicher 40 kann als Torsionsfeder, als Spiralfeder oder auch als lineare Feder ausgebildet werden. Der sekundäre Energiespeicher 40 kann sowohl mit dem blockförmig ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufer 154 gekoppelt sein, als auch ein von diesem entkoppeltes, separates Bauteil darstellen. Mit der in 3 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie innerhalb eines medizinischen Gerätes lässt sich ein sekundärer mechanischer Energiespeicher 40 zur hochdynamischen Auslösung einer Lanzettierbewegung vorspannen, ein Teststreifentransport innerhalb des medizinischen Gerätes oder eine Weiterbewegung eines trommelförmig oder magazinförmig ausgebildeten Teststreifenreservoirs innerhalb eines medizinischen Gerätes realisieren. Daneben kann durch den vorgeschlagenen Antrieb eine Insulinpumpe angetrieben werden, bei der extrem geringe Hubbewegungen über einen langen Betriebszeitraum erforderlich sind.
Der Darstellung gemäß 4 ist ein erfindungsgemäß vorgeschlagener Antrieb zum Spannen eines sekundären mechanischen Energiespeichers für einen Stechantrieb zu entnehmen.
Aus der Darstellung nach 4 geht hervor, dass der Piezoaktuator 10 in das medizinische Gerät eingebaut ist und sich an einem Gegenlager gehäuseseitig abstützt. Die Längenänderung 12 des Piezokristallstapels des Piezoaktuators 10 wird an den Aktuatorkopf 16 übertragen. Der Aktuatorkopf 16 ruht in einer pfannenförmigen Ausnehmung des ersten Endes 20 eines Übersetzungselementes 18. Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsvariante ist das Übersetzungselement 18 gewinkelt ausgebildet und umfasst das erste Ende 20 des ersten Hebelarmes 30 sowie das zweite Ende 22 am zweiten Hebelarm 32. Das Übersetzungselement 18 ruht in einem Schwenklager 174 an einem gehäusefest vorgesehenen Widerlager 176. Bei einer Längenänderung 12 des Piezoaktuators 10 erfolgt eine Auslenkung des ersten Hebelarmes 30 nach unten, was zu einer seitlichen Schwenkbewegung des zweiten Hebelarmes 32 entsprechend des eingezeichneten Doppelpfeils 178 führt. Ein am zweiten Ende 22 des zweiten Hebelarmes 32 angeordnetes Podest 180 wirkt auf einen Nocken 182 eines Stechantriebes 170 ein. Der vom Übersetzungselement 18 bei Längenänderung 12 des Piezoaktuators 10 übersetzte Hub wird über das Podest 180 am zweiten Ende 22 des zweiten Hebelarmes 32 an den Nocken 182 weitergegeben. Der Nocken 182 ist fest mit dem Außenring eines ersten Klemmrollenfreilaufs 188 verbunden. Ein Außenring eines zweiten Klemmrollenfreilaufs 190 ist stationär mit dem Gerätegehäuse 194 des medizinischen Gerätes verbunden. Ein geräteseitig vorgesehener sekundärer mechanischer Energiespeicher 40 für den Stechantrieb 170 ist mit einem Ende der drehbaren Welle 184 gekoppelt und wird bei Auslenkung des Nockens 182 vorgespannt. Die drehbar aufgenommen Welle 184 ist in einem Wellenlager 186 im Gerätegehäuse 194, welches in der Darstellung gemäß 4 nur teilweise wiedergegeben ist, gelagert. Während der erste Klemmrollenfreilauf 188 an seinem Außenring ortsfest mit dem Nocken 182 verbunden ist, steht der Außenring des zweiten Klemmrollenfreilaufs 190 stationär mit dem Gerätegehäuse 194 in Verbindung.
In der Darstellung gemäß 4 ist mit Bezugszeichen 181 ein Druckstück mit Kugelkopf bezeichnet. Das Druckstück 181 mit Kugelkopf ist dem Podest 180 gegenüber liegend angeordnet, welches am zweiten Ende 22 des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18 aufgenommen ist. Im Inneren des Druckstückes 181 mit Kugelkopf befindet sich eine Feder 183, welche den Kugelkopf des Druckstückes 181 mit Federkraft beaufschlagt. Mit Bezugszeichen 185 ist die Symmetrielinie der in den Klemmrollenfreiläufen 188 und 190 aufgenommenen Welle 184 bezeichnet. Wird der Nocken 182 während der Ladungsphase des Piezoaktuators 10 über das hebelförmig ausgebildete Übersetzungselement 18 ausgelenkt, so wird der durch das Federelement 183 beaufschlagte Kugelkopf des Druckstückes 181 entgegen der Wirkung des Federelementes 183 vorgespannt. Die Rückstellung des Nockens 182 in seine Ausgangslage erfolgt durch die im Druckstück 181 mit Kugelkopf vorhandene Feder 183, die den Nocken 182 während der Entladungsphase des Piezoaktuators 10 wieder in seine Ausgangslage zurückstellt. Auf diese Weise wird die Hubbewegung des Übersetzungselementes 18 an den an einem Ende der drehbaren Welle 184 aufgenommenen sekundären mechanischen Energiespeicher 40 übertragen.
Der Darstellung gemäß 5 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs zu entnehmen, die sich durch ein extrem geringes Bauvolumen und eine Axialbauweise auszeichnet.
Der Darstellung gemäß 5 ist entnehmbar, dass der Piezoaktuator 10 in Axialbauweise 200 in ein medizinisches Gerät eingebaut ist. Es ist eine Hebelzange 202 vorgesehen, die ein Festkörpergelenk 204, das heißt eine hinsichtlich ihres Querschnitts geschwächte Stelle aufweist. Die Hebelzange 202 umfasst einen ersten Zangenschenkel 206 sowie einen zweiten Zangenschenkel 208. Der Piezoaktuator 10 beaufschlagt bei Längenänderung 12 jeweils einen ersten kurzen Schenkel 222 sowie einen zweiten kurzen Schenkel 224 der Hebelzange 202. Während der Ladungsphase des Piezoaktuators 10, das heißt bei dessen Längenänderung 12, wird eine Antriebsglocke 210 betätigt.
Die Antriebsglocke 210 ist auf einer Abtriebswelle 218 drehbar gelagert. Die Antriebsglocke 210 umfasst an einem stirnseitigen Ende Nocken 226, 228, die jeweils von an den Stirnseiten der Zangenschenkel 206, 208 ausgebildeten Ansätzen 230, 232 beaufschlagt sind. Durch Aufeinanderzubewegen der Ansätze 230, 232 wird die Antriebsglocke 210 in Rotation, entsprechend des mit Bezugszeichen 38 versehenen Pfeils, versetzt. Die auf diese Weise erzeugte Drehbewegung der Antriebsglocke 210 wird an einen als Innenstern ausgebildeten Freilauf 220 übertragen. Der als Innenstern ausgebildete Freilauf 220 ist drehfest auf der Abtriebswelle 218 aufgenommen. Die Antriebsglocke 210 ist von einer Torsionsfeder 212 umschlossen. Die am als Innenstern ausgebildeten Freilauf 220 ausgeführten Rippen liegen an einer Innenumfangsfläche 216 der Antriebsglocke 210 an. Als von der Antriebsglocke 210 getrenntes, separates Bauteil ist eine Freilaufglocke 214 koaxial zur Antriebsglocke 210 vorgesehen. Die Freilaufglocke 214 umfasst eine zapfenförmig ausgebildete Verdrehsicherung 234, die in einer Ausnehmung 236 zwischen dem ersten Zangenschenkel 206 und dem zweiten Zangenschenkel 208 liegt.
Beim Zusammenziehen des Piezoaktuators 10 wird die Antriebsglocke 210 durch die Torsionsfeder 212 wieder in ihre Ausgangslage zurückgestellt. Ein Zurückdrehen der Abtriebswelle 218 wird durch die Freilaufglocke 214 und den eine Rückdrehung der Abtriebswelle 218 entgegen der Drehrichtung 38 verhindernden Freilauf 220 gewährleistet. Während der Entladungsphase des Piezoaktuators 10 bleibt die bei dessen vorhergehender Spannungsbeaufschlagung durch Verdrehung der Antriebsglocke 210 bewirkte Drehbewegung der Abtriebswelle 218 in Drehrichtung 38 erhalten, da ein Zurückdrehen der Abtriebswelle 218 entgegen der Drehrichtung 38 durch die an der Innenumfangsfläche der Freilaufglocke 214 anliegenden Rippen des Freilaufsystems 220 eine Rückdrehung der Abtriebswelle 218 verhindern. Hingegen kann in Drehrichtung 38 bei Einleitung einer Rotationsbewegung die Antriebsglocke 210 eine Verdrehung des Freilaufes 220 relativ zur Freilaufglocke 214 erfolgen.
6 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Antriebes für ein medizinisches Gerät oder eine Insulinpumpe oder dergleichen zu entnehmen.
In 6 ist ein Aktuator 300 mit Membran dargestellt. Der Aktuator 300 wird durch eine Membran gebildet, die einen mit einem Druckmedium beaufschlagbaren Hohlraum 302 verschließt. Die Membrandicke des Membranmaterials ist mit Bezugszeichen 304 gekennzeichnet. Der von einer Wand 308 begrenzte Hohlraum 302 wird durch ein gasförmiges Medium, wie zum Beispiel Luft oder durch eine Flüssigkeit wie z. B. Wasser oder Öl, beaufschlagt. Entsprechend der Druckbeaufschlagung des Hohlraumes 302 erfolgt eine Auslenkung 306 der Membran – in 6 durch die gestrichelt angedeutete ausgelenkte Position der Membran wiedergegeben. Der durch ein Druckmedium 310 beaufschlagbare Hohlraum wird durch das Membranmaterial dichtend verschlossen. Der Aktuator 300 mit Membrane wirkt in Richtung 312 auf das auch in dieser Ausführungsvariante einsetzbare hebelförmige Übersetzungselement 18. Das hebelförmig ausgebildete Übersetzungselement 18 ist um eine Drehachse 420 in Drehrichtung 26 betätigbar. Das Übersetzungselement 18 umfasst ein erstes Ende 20 am Ende eines ersten Hebelarmes 30 sowie eines zweiten Endes 22 am Ende des zweiten Hebelarmes 32. Der erste Hebelarm 30 ist durch ein federförmig ausgebildetes Rückstellelement 14 beaufschlagt. Bei Auslenkung 306 des Aktuators 300 mit Membran kontaktiert das Membranmaterial die Unterseite des ersten Hebelarmes 30 des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18 und lenkt das Übersetzungselement 18 um die Drehachse 24 in Drehrichtung 26 aus.
Das in eine Verzahnung 50 am Umfang des rücklaufgehemmten Läufers 36 – hier dargestellt als Sperrrad – eingreifende zweite Ende 22 des Übersetzungselementes 18 bewegt den rücklaufgehemmten Läufer 36 gemäß der Darstellung gemäß 6 um seine Achse und spannt demzufolge den mit dem rücklaufgehemmten Läufer drehfest verbundenen, sekundären mechanischen Energiespeicher 40 vor. Ein Rückdrehen des rücklaufgehemmten Läufers 36 wird durch die Rücklaufsperre 34 vermieden. In der Ausführungsvariante gemäß 6 ist die Rücklaufsperre 34 als eine Sperrklinke 42 ausgebildet, die um das Drehlager 46 verschwenkbar angeordnet ist. Ein Ende der Sperrklinke 42 ist durch ein Vorspannelement 44 beaufschlagt, während am anderen Ende der Sperrklinke 42 ein Haken 52 ausgebildet ist, der in die Zwischenräume der Verzahnung 50 der am Außenumfang des rücklaufgehemmten Läufers 36 – hier ausgebildet als Sperrrad – eingreift.
Auch in dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs ist der Totgang der Rücklaufsperre 34, d. h. der Sperrklinge 42 und der Außenverzahnung 50, kleiner bemessen als der Hub des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18 am zweiten Ende 22, an der dieses in die Verzahnung 50 des rücklaufgehemmten Läufers 36 eingreift. Dadurch ist gewährleistet, dass bei einem Hub des Aktuators 300 mit Membran tatsächlich eine Verdrehbewegung des rücklaufgehemmten Läufers 36 um mindestens eine Zahnteilung erreicht wird. In der Darstellung gemäß 6 ist der Aktuator 300 mit Membran in einer niedrig bauenden Ausführungsvariante dargestellt. Die mit dem Aktuator 300 mit Membran erzielbare Auslenkung 306 zur Verdrehung des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18 ist abhängig von dem gewählten Membranmaterial sowie dem Druck, dem das Druckmedium 310 innerhalb des Hohlraumes 302 ausgesetzt wird. Je nach Grad der Auslenkung 306 des Membranmaterials kann eine kleinere oder eine größere Auslenkung des ersten Hebelarmes 30 um die Drehachse 24 des Übersetzungselementes 18 und demzufolge ein geringerer oder größerer Hub am zweiten Ende 22 des zweiten Hebelarmes 32 des Übersetzungselementes 18 erreicht werden.
Der Darstellung gemäß 7 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs zu entnehmen, bei welcher ein Mikromotor zum Einsatz kommt.
Der Darstellung gemäß 7 ist zu entnehmen, dass ein Aktuator 400 mit Mikromotor an einem Ende des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18 angeordnet ist. Der Aktuator 400 mit Mikromotor umfasst eine Abtriebswelle 402, die in Rotationsrichtung 404 angetrieben ist. Am Ende der Abtriebswelle 402 befindet sich ein Nocken 408, der in der Darstellung gemäß 7 eine oval ausgebildete Kontur 416 aufweist. Der in der Darstellung gemäß 7 dargestellte Nocken 408 berührt eine Kontaktfläche 406 an der Unterseite des ersten Hebelarmes 30 des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18 einmal pro Umdrehung. Dazu weist der Nocken 408 eine Kontaktstelle 414 auf. Der in durchgezogenen Linien dargestellten Position des Nockens 408 berührt die Kontaktstelle 414 die Kontaktfläche 406 des ersten Hebelarmes 30 und lenkt das hebelförmig ausgebildete Übersetzungselement 18 um die Drehachse 24 in Drehrichtung 26 entgegen der Wirkung des Rückstellelementes 14 aus.
Anstelle des in 7 dargstellten, mit der Abtriebswelle 402 des Aktuators 400 mit Mikromotor vorgesehenen Nockens 408 könnte auch ein Nocken eingesetzt werden, der pro Umdrehung die Kontaktfläche 406 des ersten Hebelarmes 30 mindestens zweimal oder noch öfter berührt.
Entsprechend der Rotation des Aktuators 400 mit Mikromotor erfolgt eine oszillierende Auslenkung des ersten Hebelarmes 30 des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18 und demzufolge eine Auslenkung des zweiten Endes 22 des zweiten Hebelarmes 32 des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18. dadurch wird dem in der Ausführungsvariante gemäß 7 als Sperrrad ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufer eine Verdrehbewegung aufgezwungen, die dieser in den sekundären mechanischen Energiespeicher 40 überträgt. Bei der Rückstellung des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18 – das heißt für den Fall, dass die Kontaktstelle 414 des Nockens 408 die Kontaktfläche 406 während einer Umdrehung des Nockens 408 gerade nicht berührt – wird eine Rückdrehung des rücklaufgehemmten Läufers 36 durch die Rücklaufsperre 34 unterbunden.
In der in 7 dargestellten Ausführungsvariante ist die Rücklaufsperre 34 analog zur Rücklaufsperre der Ausführungsvariante gemäß 6 beschaffen. Der Totgang der Rücklaufsperre 34 ist dabei so bemessen, dass dieser kleiner ist als der Hub des zweiten Endes 22 am zweiten Hebelarm 32 des hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 18. Dadurch ist sichergestellt, dass bei einer Auslenkung des ersten Hebelarmes 30 um die Drehachse 24 des Übersetzungselementes 18 eine Verdrehung des mit einer Verzahnung 50 versehenen, als Sperrrad ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers 36 erzielt werden kann.
Die zuvor bei einer Auslenkung des Übersetzungselementes 18 am ersten Ende 20 des ersten Hebelarmes 30 erreichte Hubbewegung am zweiten Ende 22 des Übersetzungselementes 18 führt somit zu einer Verdrehbewegung des rücklaufgehemmten Läufers 36 entgegen des Uhrzeigersinns, wobei die Rückdrehbewegung des rücklaufgehemmten Läufers 36 durch die Rücklaufsperre 34 verhindert wird. Auf diese Weise lässt sich im sekundären mechanischen Energiespeicher 40 entsprechend der Arbeitshübe des Übersetzungselementes 18 ein Energieinhalt speichern, der zum Auslösen von Funktionen in einem medizinischen Gerät, wie z. B. einer Insulinpumpe genutzt werden kann.
8 zeigt die Darstellung eines Kombinantriebs für ein medizinisches Gerät.
Der in 8 dargestellte Kombiantrieb 500 umfasst einen sekundären mechanischen Energiespeicher 502, der in der Darstellung gemäß 8 nur schematisch wiedergegeben ist. Ein Zahnrad 504, ist drehbar im Kombiantrieb 500 gelagert und lässt sich entsprechend des Doppelpfeils 512 in beide Rotationsrichtungen verdrehen. Das Zahnrad 504 ist sowohl mit dem sekundären mechanischen Energiespeicher 502 zum Speichern von mechanischer Energie gekoppelt als auch direkt mit einer Gehäuseseite eines Trommelmagazins 504. Beim Antrieb des Zahnrads 504 mit einer Ausführungsvariante des oben beschriebenen Piezoaktuators 10 erfolgt eine Rotation des Zahnrads 504, wodurch der sekundäre mechanische Energiespeicher 502 komprimiert wird. Andererseits greift das Zahnrad 504 in einen entsprechend ausgestalteten Boden des Trommelmagazins 506 ein, so dass das Trommelmagazin 506 um seine Rotationsachse 514 gedreht wird. Das Magazin kann beispielsweise zur Magazinierung von Teststreifen oder Lanzetten vorgesehen sein, sodass eine Rotation des Trommelmagazins 506 in der Weise erfolgt, dass ein Disposable im Trommelmagazin 506 entsprechend zu einer Entnahmeeinheit in dem medizinischen Gerät positioniert wird. So ist es z. B. denkbar, dass während des Spannens des sekundären mechanischen Energiespeichers 502 zum Antreiben einer Lanzette zeitgleich ein Weitertakten des Trommelmagazins 506 um seine Rotationsachse 514 erfolgt, so dass ein Teststreifen aus dem Trommelmagazin 506 zur Probenaufgabe mittels einer hierfür vorgesehenen Entnahmeeinheit z. B. mittels eines Stößels entnehmbar ist. Die Drehrichtung des Trommelmagazins 506 um die Rotationsachse 514 ist durch den Pfeil 514 dargestellt.
9 zeigt ein ein Blutentnahmesystem und einen Magazintransport umfassendes integriertes System in Teildarstellung.
Aus der Darstellung gemäß 9 geht hervor, dass ein integriertes System 530 eine Stechhilfe 532 sowie ein nicht dargestelltes, jedoch 8 schematisch entnehmbares Trommelmagazin 506 umfasst. Das in 9 nicht dargestellte Trommelmagazin wird mittels einer Welle 534 angetrieben. Die Welle 534 umfasst an ihrem dem Trommelmagazin zuweisenden Ende eine Zahnstruktur 536, welche als Mitnehmer für das in 9 nicht dargestellte Trommelmagazin fungiert. Die Stechhilfe 532 ist im unteren Bereich des integrierten Systems 530 gemäß der Darstellung in 9 untergebracht. Eine Weitertaktung der Welle 534 und die damit verbundene Drehbewegung des Trommelmagazins 506 gemäß 8 kann durch einen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antrieb wie obenstehend beschrieben, erreicht werden. Dazu kann die Welle 534 z. B. mit der Abtriebswelle 218 gemäß der Darstellung in 5 gekoppelt werden. Der dort dargestellte Piezoaktuator 200 in axialer Bauform kann neben der Welle 534 auch die die Stechhilfe 532 vorspannende Spiralfeder 538 betätigen. Der sekundäre mechanische Energiespeicher lässt sich sowohl als Schraubenfeder 40 wie auch als in 9 schematisch angedeutete Spiralfeder 538 ausbilden. 9 ist darüber hinaus der als Sperrrad 36 ausbildbare rücklaufgehemmte Läufer zu entnehmen, auf welchen der Piezoaktuator 200 gemäß 5 wirkt. Selbstverständlich ist es möglich, in dem aus 9 hervorgehenden integrierten System 530 auch die Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs gemäß der 1, 4 sowie 6 und 7 einzusetzen.
Den Darstellungen der 10 und 11 sind Trommelmagazine zu entnehmen, mit gespeicherten und herausgeschobenen medizinischen Verbrauchsmitteln.
Der Darstellung gemäß 10 lässt sich ein Trommelmagazin 506 entnehmen, welches um seine Rotationsachse 514 verdrehbar ist. das Trommelmagazin 506 gemäß der Darstellung in 10 enthält mehrere in ihrer Speicherlage 552 dargestellte medizinische Verbrauchsmittel. Diese können z. B. als eine Probenauftragsfläche 564 aufweisende Teststreifen ausgebildet sein. Die Verbrauchsmittel 550 werden mittels eines Stößels 560 von ihrer in 10 dargestellten Speicherlage 552 in die in 11 dargestellte Entnahmelage 554 bewegt. Dem Trommelmagazin 506 gemäß der Darstellung in den 10 und 11 sind jeweils eine Förderwalze 556 und eine Gegenwalze 558 zu entnehmen, zwischen denen ein mit Bezugszeichen 562 bezeichneter Transportspalt herrscht. Sobald der Stößel 560 aktiviert ist, wird das jeweilige medizinische Verbrauchsmittel 550 aus seiner Speicherlage 552 im Trommelmagazin 506 in den Spalt 562 hineingeschoben.
11 ist entnehmbar, dass das hier in Teststreifenform dargestellte medizinische Verbrauchsmittel 550 in den Transportspalt 562 zwischen der Förderwalze 556 und der Gegenwalze 558 geschoben ist. Die angetriebene Förderwalze 556 ergreift das hier in Streifenform dargestellte medizinische Verbrauchsmittel 550 und fördert dies in seine Entnahmelage 554, wie in 11 dargestellt. Die in den 10 und 11 dargestellten Trommelmagazine 506 können in ein integriertes System gemäß der Darstellung in 9 integriert sein.
12 zeigt ein in einem Analysegerät aufgenommenes Trommelmagazin.
Der Darstellung gemäß 12 ist entnehmbar, dass das Analysegerät 580 eine Positioniereinrichtung 582 umfasst, mit welcher die einzelnen im Trommelmagazin 506 aufgenommenen medizinischen Verbrauchsmittel 592 – hier in Form von Teststreifen – vor Anwendung durch den Benutzer positioniert werden. Das Trommelmagazin 506 wird durch einen Antrieb 584 angetrieben. Der Antrieb 584 seinerseits kann über eine Abtriebswelle 218 einer der Antriebe gemäß der oben beschriebenen Ausführungsvarianten in 1, 3, 4 sowie gemäß der 5 bis 7 angetrieben werden. Bei Aufnahme des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs im Analysegerät 580 ist in diesem ein Einbauraum 586 vorgesehen, welcher Platz zur Unterbringung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antriebs bietet. Das Analysegerät 580 weist zur Versteifung einen Rahmen 594 auf. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das Trommelmagazin 506 eine Vielzahl von Aufnahmekammern 588 aufweist, die an einer ihrer Stirnseiten jeweils eine Entnahmeöffnung 590 enthalten, über welche die Teststreifen 592 der Positioniereinrichtung 582 zuführbar sind. Das Trommelmagazin 506, welches durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Antrieb angetrieben wird, wird um seine Rotationsachse 514 bewegt.
Der Darstellung gemäß 13 ist eine als Spritze ausgebildete Insulinpumpe zu entnehmen.
Die in 13 dargestellte Insulinpumpe 610 umfasst ein Gehäuse 630. In das Gehäuse 630 ist eine Antriebshülse 618 eingelassen, die eine Außenverzahnung 26 aufweist. Mit der Außenverzahnung 620 kämmt ein Antriebsrad 612, welches z. B. auf der Abtriebswelle 218 des in 5 dargestellten Piezoaktuators 200 in axialer Bauform aufgenommen sein kann. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kombination des Antriebs mit einem medizinischen Gerät wie einer Insulinpumpe 610 wird ein besonders langsamer Vorschub eines Kolbens 626 erreicht, welcher den in einer Ampulle 624 aufgenommenen Wirkstoff – im vorliegenden Fall Insulin – in kleinsten Mengen jedoch kontinuierlich in einen Schlauch 632 fördert, der mit einem im menschlichen Körper aufgenommenen Katheder verbunden wird. Die Insulinpumpe 610 gemäß der Darstellung in 13 umfasst eine Gewindestange, deren Gewinde mit der Innenverzahnung einer Scheibe 628 mit Außengewinde kämmt. Aufgrund des Außengewindes ist die Scheibe 628 drehfest im Gehäuse 630 gelagert. Wird die Gewindestange 616 durch die Scheibe 628 kontinuierlich verdreht, so fährt der Kolben 626 kontinuierlich mit kleinstem Vorschub in die Ampulle 624 ein. Die Ampulle 624 ist im Gehäuse 630 durch ein Anschlussstück 636 sowie eine in diese integrierte Kappe 634 arretiert.

10: Piezoaktuator
12: Längenänderung
14: Rückstellelement
16: Aktuatorkopf
18: Übersetzungselement (hebelförmig)
20: erstes Ende
22: zweites Ende
24: Drehachse
26: Drehrichtung Übersetzungselement
28: Lager Übersetzungselement
30: erster Hebelarm
32: zweiter Hebelarm
34: Rücklaufsperre
36: Sperrrad
38: Drehrichtung Sperrrad
40: sekundärer mechanischer Energiespeicher
42: Sperrklinke
44: Rückstellelement für Sperrklinke
46: Drehlager Sperrklinke
48: Drehrichtung Sperrklinke
50: Verzahnung
52: Haken
80: Klemmkörperfreilauf
82: Klemmrolle
84: Feder
86: Ausnehmung
88: Schräge
90: rohrförmige Fläche
92: Welle
100: Klemmrollenfreilauf mit Innenstern
102: Innenstern
104: rohrförmiger Körper
106: Klemmkörper
108: Ausnehmung
110: Welle
112: Doppelkäfig
114: Bandspreizfeder
116: Mitnehmer
120: Schlingfederkupplung
122: Antriebsseite
124: Abtriebsseite
126: Feder
130: Reibrichtgesperre
132: kammförmiger Klemmring
134: Welle
136: Rolle
138: erhabene Vorsprünge
140: Antriebsseite
142: Abtriebsseite
144: Klemmkörperring
150: Piezoaktuator mit Linearbetrieb
152: Rücklaufsperre
154: Läufer
156: Führung
158: erste Läuferseite
160: zweite Läuferseite
170: Stechantrieb (360°-Antrieb)
172: Druckstück
174: Schwenklager für Hebel
176: Widerlager
178: Schwenkbereich erster Hebelarm
180: Podest
181: Druckstück mit Kugelkopf
182: Nocken
183: Feder
184: drehbare Welle
185: Symmetrieachse
186: Wellenlager
188: erster Klemmrollenfreilauf
190: zweiter Klemmrollenfreilauf
192: Außenring erster Klemmrollenfreilauf
194: Gerätegehäuse
200: Piezoaktuator in axialer Bauform
202: Hebelzange
204: Festkörpergelenk
206: erster Zangenschenkel
208: zweiter Zangenschenkel
210: Antriebsglocke
212: Torsionsfeder
214: Freilaufglocke
216: Innenumfangsfläche
218: Abtriebswelle
220: Freilaufsystem
222: erster kurzer Schenkel
224: zweiter kurzer Schenkel
226: erster Nocken
228: zweiter Nocken
230: erster Ansatz (206)
232: zweiter Ansatz (208)
234: Verdrehsicherung
236: Ausnehmung
300: Aktuator mit Membrane
302: Hohlraum
304: Membran-Dicke
306: Auslenkung
308: Wand des Hohlraumes 302
310: Druckmedium
312: Wirkrichtung auf Membrane
400: Aktuator mit Mikromotor
402: Abtriebswelle
404: Rotationsrichtung
406: Kontaktfläche
408: Nocken
410: Elektrische Verbindung
412: 90°-Verdrehung
414: Kontaktstellen Nocken 408
416: Ovale Kontur
500: Kombiantrieb
502: sekundärer mechanischer Energiespeicher
504: Zahnrad
506: Trommelmagazin
508: Welle
510: Rotationsrichtung
512: Drehrichtung Zahnrad
514: Rotationsachse Trommelmagazin
530: integriertes System mit Stechhilfe und Magazintransport
532: Stechhilfe
534: Welle
536: Zahnstruktur (Mitnehmer Trommelmagazin)
538: Spiralfeder
550: medizinisches Verbrauchsmittel
552: Speicherlage Verbrauchsmittel
554: Entnahmelage Verbrauchsmittel
556: Förderwalze
558: Gegenwalze
560: Stößel
562: Spalt
564: Probenauftragsfläche
580: Analysegerät
582: Positioniereinrichtung
584: Trommelantrieb
586: Einbauraum für Piezoaktuator
588: Aufnahmekammern
590: Entnahmeöffnung
592: Teststreifen
594: Rahmen
610: Insulinpumpe
612: Antriebsrad
614: Abtriebswelle (wie 218)
616: Gewindestange
618: Antriebshülse
620: Außerverzahnung
622: Scheibe
624: Ampulle
626: Kolben
628: Scheibe mit Außengewinde
630: Gehäuse
632: Schlauch
634: Kappe
636: Auslassstück

Claims

Antrieb für ein medizinisches Gerät (530, 580, 610) mit einem Aktuator (10, 150, 200, 300, 400) zum Aufladen eines mechanischen Energiespeichers (40, 538), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10, 150, 200, 300, 400) als einen Hub ausführbarer Aktuator (10, 150, 200, 300, 400) ausgeführt ist, wobei der Antrieb eingerichtet ist, um den Aktuator (10, 150, 200, 300, 400) oszillierend anzusteuern, wobei der Hubweg (12) des Aktuators (10, 150, 200, 300, 400) mittels eines Übersetzungselementes (18; 206, 208) an einen rücklaufgehemmten Läufer (36, 154, 210) zur Vorspannung des mechanischen Energiespeichers (40, 538) übertragen wird und/oder ein Bewegungselement (218, 560, 616) direkt antreibt.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement eine Abtriebswelle (218) ist.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement ein Stößel (560) zum Ausschieben eines medizinischen Verbrauchsmaterials (550) aus einem Magazin (506) ist.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement eine Schub- oder Gewindehülse (616) einer einen medizinischen Wirkstoff verabreichenden Pumpe (610) ist.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungselement (18) den Hubweg (12) des Aktuators (10, 150, 200, 300, 400) in einem Verhältnis von bis zu 1:25 und mehr übersetzt an den rücklaufgehemmten Läufer (36, 154, 210) überträgt.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Energiespeicher (40) ein linear oder rotatorisch wirkendes Federelement ist.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem rücklaufgehemmten Läufer (36, 154, 210) eine Rücklaufsperre (34, 152) zugeordnet ist, die ein Zurückbewegen des rücklaufgehemmten Läufers (36, 154, 210) bei Aufhebung der Hubbewegung (12) des Aktuators (10, 150, 200, 300, 400) entgegenwirkt.
Antrieb gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufsperre (34, 152) als Sperrrad (36) oder als Außenkonturierung (152) an einem linearen Läufer (154) ausgebildet ist.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungselement (18) einen ersten und einen zweiten Hebelarm (30, 32) aufweist, die von unterschiedlicher Länge sind.
Antrieb gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Hebelarme (30, 32) unmittelbar vom Aktuator (10, 150, 200, 300, 400) beaufschlagt ist und der andere der Hebelarme (30, 32) den rücklaufgehemmten Läufer (36, 154, 210) betätigt.
Antrieb gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufsperre (34) als ein Klemmkörperfreilauf (80), als Klemmrollenfreilauf mit Innenstern (100, 102), oder als Reibrichtgesperre (130) oder als ein Paar gegenläufiger Klemmrollenfreiläufe (188, 190) ausgebildet ist.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungselement (18) in einem Gerätegehäuse (194) als Wippe ausgebildet ist und einen ersten Hebelarm (30) und einen zweiten Hebelarm (32) aufweist, wobei der zweite Hebelarm (32) einen Schwenknocken (182) betätigt, welcher eine Verdrehung einer Abtriebswelle (184) bewirkt.
Antrieb gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (184) einen ersten Klemmrollenfreilauf (188) aufweist, der mit dem Schwenknocken (182) verbunden ist und einen zweiten Klemmrollenfreilauf (190) aufweist, der mit dem Gerätegehäuse (194) verbunden ist.
Antrieb gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Übersetzungselement (18) zur Rückstellung ein federbeaufschlagtes Druckstück (181) mit Kugelkopf zugeordnet ist.
Antrieb gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem hebelförmig ausgebildeten Übersetzungselement (18) eine Rückstellfeder (14) zugeordnet ist.
Antrieb gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufsperre (34) eine Sperrklinke (42) umfasst, welche in eine Außenverzahnung (50) eines als Sperrrad ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers (36) eingreift.
Antrieb gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (50) am Außenumfang des als Sperrrad (36) ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers gleichmäßig ansteigende Flanken in Drehrichtung und steil abfallende Flanken entgegen der Drehrichtung aufweist.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rücklaufgehemmte Läufer (154) blockförmig ausgebildet ist und eine erste Läuferseite (158) und eine zweite Läuferseite (160) aufweist und der blockförmig ausgebildete rücklaufgehemmte Läufer (154) in einer Linearführung (152) aufgenommen ist.
Antrieb gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Läuferseiten (158, 160) des blockförmig ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers (154) eine kammförmige Rippenstruktur ausgebildet ist, die eine Rücklaufbewegung des blockförmig ausgebildeten rücklaufgehemmten Läufers (154) unterbindet.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) eine Hebelzange (202) betätigt, welche aktuatorseitig kurze Schenkel (222, 224) und an einem Festkörpergelenk (206) angelenkte erste und zweite Zangenschenkel (206, 208) aufweist.
Antrieb gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass an den Zangenschenkeln (206, 208) Ansatzflächen (230, 232) aufgenommen sind, deren Antriebsnocken (226, 228) eine Antriebsglocke (210) betätigen.
Antrieb gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsglocke (210) einen als Innenstern ausgebildeten Freilauf (220) umschließt und die Antriebsglocke (210) mittels einer diese umgebenden Torsionsfeder (212) in ihre Ausgangslage zurückgestellt wird.
Antrieb gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der als Innenstern ausgebildete Freilauf (220) drehfest auf einer Abtriebswelle (218) aufgenommen ist und sich parallel zur Abtriebswelle (218) erstreckende Rippen aufweist.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10, 150, 200) als Piezoaktuator ausgeführt ist, dessen Hubweg (12) bei Anlegen einer Spannung an das Übersetzungselement (18) übertragen wird.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (300) als Aktuator mit Membran ausgeführt ist, dessen Membran bei Druckbeaufschlagung eines Hohlraumes (302) eine einen Hubweg (12) erzeugende Auslenkung (306) erfährt.
Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (400) als Aktuator mit Mikromotor ausgeführt ist, an dessen Abtriebswelle (402) ein das Übersetzungselement (18) auslenkender Nocken (408) aufgenommen ist.
Antrieb gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (408) bei Rotation der Abtriebswelle (402) in Rotationsrichtung (404) das Übersetzungselementes (18) ein- oder mehrmals um dessen Drehachse (24) auslenkt.
Verwendung des Antriebs gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche in einem medizinischen Gerät zur Entnahme von Körperflüssigkeiten mit einer Stechhilfe (170, 532), deren mechanischer Energiespeicher (40, 538) zur Auslösung des Stechvorgangs durch den Aktuator (10, 150, 200, 300, 400) vorgespannt wird.
Verwendung des Antriebs gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche in einem medizinischen Gerät 530 zur Entnahme und Analyse von Körperflüssigkeiten, dessen Stechhilfe (150, 532) mittels des mechanischen Energiespeichers (40, 538) vorgespannt und dessen medizinische Verbrauchsmittel (550) aufnehmendes Magazin (506) durch den sekundären mechanischen Energiespeicher (40, 538) transportiert wird.
Verwendung des Antriebs gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche in einem medizinischen Gerät (580) zur Analyse von Körperflüssigkeiten zum Transport einzelner Teststreifen (592) oder eines medizinisches Verbrauchmaterial (550) aufnehmenden Magazins (506).
Verwendung des Antriebs gemäß mindestens einer der vorhergehenden Ansprüche in einem medizinischen Gerät (610) zur kontinuierlichen Verabreichung eines Wirkstoffs, wobei mittels des Aktuators (10, 150, 200, 300, 400) kontinuierlich der Wirkstoff aus einem auswechselbaren Behälter (624) in eine angeschlossene Leitung (632) gefördert wird.
Verwendung des Antriebs gemäß Anspruch 31 in einer Insulinpumpe (610) zum Antrieb eines Kolbens (626), der Insulin aus einer auswechselbaren Ampulle (624) fördert.