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Hintergrund der Erfindung
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Nadellose
Injektoren werden als Alternative zu subkutanen Injektoren der Nadelart
zur Injektion flüssiger
Medikamente durch die Epidermis und in die darunter liegenden Gewebe
verwendet. Die gewöhnliche
Form des Aufbaus für
solch ein Instrument ist eine Kolbenspritze mit einer kleinen Abgabeöffnung, die
in Kontakt mit der Haut angeordnet wird und durch die das Medikament
in ausreichend hoher Geschwindigkeit injiziert wird, um die Haut
des Patienten zu durchdringen. Die Energie, die benötigt wird, das
Medikament unter Druck zu setzen, kann aus einer komprimierten Spiralfeder,
einem komprimierten Gas, einer explosiven Ladung oder einer in einer
anderen Form gespeicherten Energie abstammen.
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Es
gibt zahlreiche andere Wege, auf denen die Energie von der gespeicherten
Form in die mit Druck beaufschlagte Flüssigkeit konvertiert wird.
Diese können
das Reißen
einer Dichtung beinhalten, um so das Entweichen eines Gases aus
einem Behälter zu
gestatten und um einen Druck hinter einem Kolben aufzubauen, der
das Gas unter Druck setzt. Alternativ kann ein Gas die Beschleunigung
eines Stößels über einen
Spalt bewirken bevor er auf die Rückseite des Kolbens auftrifft.
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Welches
Verfahren auch immer verwendet wird, um das Fluid unter Druck zu
setzen, es ist wichtig, dass der Druckspitzenwert im Fluid schnell
genug ereicht wird, damit ermöglicht
wird, dass der anfängliche „Impuls" des Fluids einen
ausreichend hohen Druck aufweist, um die Haut zu durchdringen. Der verbleibende
Rest des Fluids kann bei ähnlichem Druck
oder einem erheblich niedrigeren Druck je nach Ausgestaltung des
Instruments zugeführt
werden. Einige nadellose Instrumente sind so ausgelegt, dass sie
vom Benutzer zu befüllen
sind, wohingegen andere entweder durch den Medikamenthersteller oder
einen Dritten vorbefüllt
sind. In beiden Fällen
ist es wichtig, dass die Inhalte der Medikamentkapsel überwiegend
frei von Blasen sind, insbesondere im Düsenbereich.
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WO
01/64269 offenbart eine nadellose Kolbenspritze, bei der zwei unterschiedliche
Injektionsgeschwindigkeiten vorgesehen sind.
US 3 507 276 offenbart einen anderen nadellosen
Injektor, bei dem das Fluid unter Druck durch ein Ein-Wege-Venil
gepresst wird.
US 6 135 979 offenbart
einen federbetriebenen, nadellosen Injektor, der einen Sicherheitsmechanismus
beinhaltet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein sehr schneller Druckanstieg
im Medikament ein sehr schnelles Kollabieren der Blasen im Medikament
hervorrufen kann. Dieses Blasenkollabieren, wenn es schnell genug
auftritt, kann Stoßwellen
innerhalb der Kapsel verursachen, die extrem lokalisierte Beanspruchungen
hervorrufen können.
Diese Beanspruchungen können
manchmal zu einem Versagen der Kapsel während des anfänglichen
Spitzenwerts des Druckes führen,
was leicht zu einer unvollständigen
Injektion führt.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass es daher von Vorteil ist, sicherzustellen,
dass die Kollabierung irgendeiner Blase, die in der Kapsel vorliegen
kann (entweder aufgrund des Füllvorgangs
oder aufgrund irgendeines Gases, das aus der Medikamentlösung aufgrund
von Temperatur- oder Druckänderungen usw.
austreten kann) auf langsame, kontrollierte Weise erfolgt. Es wurde
festgestellt, dass in Abhängigkeit vom
Material und der Geometrie der Kapsel Blasen, die größer als
etwa 0,5 – 1 μm sind, die
Wahrscheinlichkeit eines Bruches der Kapsel erhöhen können.
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Es
ist auch festgestellt worden, dass der Schlüsselfaktor für die Entstehung
dieser Stoßwellen die
Anfangsrate des Druckanstiegs ist. Die Druckspitze in dem Fluid
kann bei etwa 200 – 400
bar liegen, und außerdem
hat eine Verlangsamung der Rate des Druckanstiegs vom Atmosphärendruck
auf etwa 20 bar immer noch einen dramatische Auswirkung auf die
Reduzierung der Stoßwellenerzeugung,
selbst wenn der verbleibende Druckanstieg mit derselben Rate wie
zuvor erfolgt.
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Die
Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Verhinderung eines Bruches
einer nadellosen Injektionskapsel durch Blasenkollabieren bereit,
indem bewirkt wird, dass das Kollabieren der Blase auf eine langsamere,
kontrollierte Weise unmittelbar vor dem normalen Injektionsablauf
ohne Änderung
des Spitzenwerts oder der Form des verbleibenden Druckprofils erfolgt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein nadelloser Injektor bereitgestellt,
umfassend:
einen Kolbenspritzenkörper mit einer Öffnung an
einem Ende;
einen Kolben, der im Kolbenspritzenkörper aufgenommen
ist, um eine Flüssigkeit
innerhalb des Kolbenspritzenkörpers
durch die Öffnung
zu verdrängen;
einen
Stößel zum
Antrieb des Kolbens;
Mittel zum Anlegen einer Kraft an den
Stößel; und
Stoß dämpfende
Mittel zur Reduzierung einer anfänglichen
Kraftübertragung
von dem Stößel auf
den Kolben.
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Diese
Vorrichtung stellt eine Reduzierung der Anfangskraft bereit, die
an den Stößel angelegt wird,
so dass die Anfangsrate des Druckanstiegs auf die Flüssigkeit
reduziert ist, wobei die Kollabierungsgeschwindigkeit des Gasblasen
in der Flüssigkeit kontrolliert
wird.
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Die
Stoß dämpfende
Komponente kann in dem Spalt vorgesehen sein, entlang dem der Stößel vor
dem Auftreffen auf dem Kolben beschleunigt wird.
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Der
Stoßdämpfer kann
einen Zylinder aufweisen, in dem der Stößel (oder ein Teil davon) gleitend
aufgenommen ist. Dieser Zylinder kann an einem Ende verschlossen
sein, wobei das verschlossene Ende benachbart zum Kolben angeordnet
ist. Der Stößel wird
dann benachbart zum offenen Ende des Zylinders aufgenommen, bevor
eine Kraft auf den Stößel ausgeübt wird.
Auf diese Weise wird eine Stoßdämpfung erreicht,
indem der Stößel in den
Zylinder getrieben wird. Bevorzugt ist der Stößel ebenso gleitend im Zylinder
mit einer fluiddichten Passung aufgenommen, so dass mit Vorrücken des
Stößels in den
Zylinder ein im Zylinder gefangenes Gasvolumen komprimiert wird
und dabei eine allmählich
zunehmende Kraft auf den Kolben bereitgestellt wird.
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In
einer anderen Anordnung kann der Zylinder an beiden Enden offen
sein. Die innere Öffnung des
Zylinders kann einen konstanten Innendurchmesser aufweisen oder
die innere Öffnung
des Zylinders kann wenigstens zwei Innendurchmesser haben, eine
ersten Innendurchmesser an einem Ende des Zylinders zur Zusammenwirkung
mit dem Stößel und
einen zweiten, kleineren Innendurchmesser.
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Dies
stellt eine Stufe im Innenprofil bereit, die eine lokale Druckspitze
bereitstellt, welche in einem geringen Anfangsdruck resultiert,
um das Blasenkollabieren sicherzustellen. Die innere Öffnung des
Zylinders kann drei Innendurchmesser aufweisen, einen dritten Innendurchmesser
an einem Ende des Zylinders zur Zusammenwirkung mit dem Kolben, wobei
der dritte Innendurchmesser größer als
der zweite Innendurchmesser ist. Der dritte Innendurchmesser kann
gleich oder größer als
der Durchmesser des Stößels sein,
so dass in diesem Abschnitt der Komponente der Reibwiderstand bezüglich des
Stößels nicht
zunimmt sondern eine Strecke bereitstellt, entlang der der anfängliche
Druck fortlaufend einwirkt, bevor der Stößel auf den Kolben auftrifft.
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Der
Zylinder kann eine Länge
zwischen 1 mm und 5 mm aufweisen, und diese kurze anfängliche
Bewegungsdämpfung
des Stößels wirkt
so, dass die angelegte Kraft verringert wird. Der Stossdämpfer kann
ein anderes komprimierbares Element aufweisen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Ein
Beispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der begleitenden
Figuren im Detail erläutert, in
denen:
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1 einen
bekannten nadellosen Injektor zeigt;
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2 eine
Abwandlung des Injektors aus 1 zeigt,
bei der ein erstes Beispiel einer Stoß dämpfenden Komponente der Erfindung
verwendet wird;
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3 ein
zweites Beispiel der Stoß dämpfenden
Komponente der Erfindung zeigt;
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4 Druckverläufe zeigt,
um die Wirkung der Komponente aus den 2 und 3 zu
demonstrieren;
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5 ein
drittes Beispiel der Stoß dämpfenden
Komponente der Erfindung zeigt;
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6 ein
viertes Beispiel der Stoß dämpfenden
Komponente der Erfindung zeigt;
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7 Druckverläufe zeigt,
um die Wirkung der Komponente aus der 6 zu demonstrieren;
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8 ein
fünftes
Beispiel der Stoß dämpfenden
Komponente der Erfindung zeigt; und
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9 Druckverläufe zeigt,
um die Wirkung der Komponente aus der 8 zu demonstrieren.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt
einen aus der
US 6 135 979 bekannten
nadellosen Injektor, welcher einen Kolbenspritzkörper in der Form einer Patrone
103 mit
einer Öffnung
106 an
einem Ende umfasst. Ein Kolben
104 ist in der Patrone
103 angeordnet,
um eine sich in der Patrone befindliche Flüssigkeit
105 durch
die Öffnung
106 zu
verdrängen.
Ein Stößel
111 ist
zum Antrieb des Kolbens vorgesehen, und eine Anordnung ist vorgesehen,
um eine Kraft auf den Stößel
111 auszuüben.
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Es
gibt zahlreiche Wege, Kraft auf den Stößel auszuüben. In dem gezeigten Beispiel
wird die Injektionskraft durch eine Feder aus komprimiertem Gas
bereitgestellt. Diese wird durch die Form eines Zylinders 130 erreicht,
der an seinem oberen Ende verschlossen ist und welcher Gas, typischerweise Luft,
unter einem Druck enthält,
der typischerweise in dem Bereich von 5,5 MPa (800 psi) bis 22 MPa
(3000 psi) liegt. Der Zylinder nimmt den Stößel 111 auf. Das Ende
des Stößels 111 weist
einen kegelstumpfförmigen
Abschnitt 131 und einen Flansch 132 auf, zwischen
denen eine O-Ring-Dichtung 133 angeordnet ist. Vor der
Verwendung wird der Stößel 111 in
der dargestellten Stellung durch eine Verriegelung 108 gehalten,
die in eine Nut im Stößel eingreift,
wobei die obere Fläche
der Nut einen Nockenfläche 109 bildet.
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Das
untere Ende des Zylinders 130 weist einen nach außen gerichteten
Flansch 130a auf, welcher es ermöglicht, den Zylinder durch
Quetschen des Flansches 130a unter einem nach außen gerichteten
Flansch 140a am oberen Ende einer Kupplung 140 zu
halten. Die Hülle 102 wird
durch einen oberen Hüllenabschnitt 102a,
innerhalb dem der Zylinder angeordnet ist, und einen unteren Hüllenabschnitt 102b gebildet.
Der Hüllenabschnitt 102b ist
mit der Kupplung durch zusammenwirkende Schraubgewinde 141 verbunden,
die an der Innen- beziehungsweise Außenwand des Hüllenabschnitts 102b beziehungsweise
der Kupplung 140 ausgebildet sind.
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Die
Stößelanordnung
aus dem Zylinder mit komprimiertem Gas 130 und dem Stößel 111 wird
zusammengesetzt um eine erste Komponente zu bilden, die nachfolgend
an der Patronenbaugruppe befestigt wird.
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Der
Injektor enthält
die Medikamentenpatrone 103, in welcher der Kolben 104 gleitend
und abdichtend und in Berührung
mit dem Medikament 105 angeordnet ist. Bei Betrachtung
vom oberen Ende der 1 kann der Kolben einen zylindrischen
Abschnitt, einen zylindrischen Dichtabschnitt mit größerem Durchmesser
und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt
aufweisen. Die Öffnung 106 wird
durch eine elastische Dichtung 134 abgedichtet, die an
Ort und Stelle durch einen Dichtungsträger 135 gehalten wird.
Der Dichtungsträger 135 ist
mit dem unteren Hüllenabschnitt 102b durch
eine abbrechbare Verbindung 136 verbunden.
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Als
eine Vorsichtsmaßnahme
gegen ein unbeabsichtigtes Auslösen
ist ein Abreißband 137 als unteres
Teil des oberen Hüllenabschnitts 102a vorgesehen.
Der untere Rand des Abreißbandes 137 stützt sich
gegen einen Ring 142, der mit der Außenfläche der Kupplung 140 verbunden
ist oder der mit dieser einstückig
ausgebildet ist (nicht dargestellt). Die Aufgabe des Ringes ist
es, die nach unten gerichtete Bewegung des Hüllenabschnitts 102a relativ
zur Kupplung 140 so lange zu verhindern, wie das Abreißband 137 vorhanden
ist. Folglich ist es nicht erforderlich, dass der Ring 142 sich
vollständig
um den Umfang der Kupplung erstreckt und könnte durch ein oder mehrere
einzelne Elemente ersetzt werden.
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Ein
ringförmiger
Raum 138 ist in der Innenwand der Hülle 102 ausgebildet,
wo die Hülle
an den Zylinder 130 angrenzt, und der Raum ist mit einem Dämpfungsfett
(schematisch durch eine Abfolge schwarzer Streifen angedeutet) gefüllt, so
dass das Fett sowohl mit der Hülle 102 als
auch mit dem Zylinder 130 in engem Kontakt steht. Es sollte
deutlich werden, dass obwohl ein definierter ringförmiger Raum
hinsichtlich der Bereitstellung eines besonderen Anordnungspunktes
für das
Fett geeignet ist, könnte
er weggelassen werden und das Fett einfach überall auf die Außenseite
des Zylinders 130 und/oder die Innenseite der Hülle 102 geschmiert werden.
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Wenn
der Injektor der 1 betätigt werden soll, bricht der
Nutzer den Dichtungsträger 135 an
der abbrechbaren Verbindung 136 ab, wodurch die Abdichtung 134 mit
entfernt wird und die Düse 106 freigelegt
wird. Dann entfernt der Nutzer das Abreißband 137 und mit
Ergreifen des oberen Teils der Hülle 102 drückt er die
Düse gegen
die Haut, in die injiziert werden soll. Dies bewegt den oberen Hüllenabschnitt 102a bezüglich des
unteren Hüllenabschnitts 102b nach
unten. Dadurch wird die Öffnung 139 in
der Wand des oberen Hüllenabschnitts 102a mit
der Verriegelung 108 ausgerichtet, die somit in der Lage
ist, sich seitwärts
in die Öffnung
unter der Einwirkung der Kraft des Gases innerhalb des Zylinders 130,
die auf die Verriegelung einwirkt, über die Nockenoberfläche 109,
die im Stößel 111 ausgebildet
ist, zu bewegen. Die Abfeuerung des Injektors wird somit ausgelöst. Als
eine Vorsichtsmaßnahme
für den
Fall, dass die Verriegelung sich nicht unter der Einwirkung der
Nockenoberfläche 109 bewegt,
ist eine Hilfsnockenfläche 143 auf
der Innenseite des Hüllenabschnitts 102a vorgesehen.
Der erhaltene Rückschlag
wird durch das Dämpfungsfett
gedämpft.
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Wie
zuvor erörtert,
müssen
Gasblasen innerhalb der Flüssigkeit 105 vermieden
werden, da der rapide Druckanstieg in der Flüssigkeit nach der Abfeuerung
dazu führen
kann, dass solche derartigen Blasen die Injektionsleistung beeinträchtigen.
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Wie
in 2 gezeigt ist, stellt die Erfindung eine Stoß dämpfende
Komponente 150 zwischen dem Stößel und dem Kolben bereit,
um die anfänglich
auf den Stößel ausgeübte Kraft
zu reduzieren. Die Komponente füllt
den Spalt aus, entlang dem der Stößel beschleunigt wird.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung, die in 2 gezeigt ist, wird ein Blindrohr
als die Stoß dämpfende
Komponente 150 verwendet, welche sich in Presspassung mit
einem Abschnitt des Stößels 111 befindet,
der in Richtung des Kolbens beschleunigt wird. Das Blindrohr umfasst
einen Hohlzylinder, der an einem Ende verschlossen ist, wobei das
verschlossene Ende benachbart zum Kolben liegt, und der Stößel ist
benachbart zum offenen Ende des Zylinders darin aufgenommen, bevor
die Kraft auf den Stößel ausgeübt wird
(wie in 2).
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Die
Komponente 150 kann aus PTFE ausgebildet sein, und wird
dann durch maschinelle Bearbeitung in die gewünschte Form gebracht. Sie kann
einstückig
mit dem Kolben 104 ausgebildet sein. Alternativ können andere
hochdichte und elastische Materialien verwendet werden, wie hochdichtes
Polyurethan („HDPE"), welches geformt
werden kann.
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Im
gezeigten Beispiel liegt der Zylinder 150 hinter dem Kolben 104 auf
(oder kann einstückig
mit diesem ausgebildet sein, wie es zuvor erwähnt wurde) und steht in Kontakt
mit diesem. Bei der Beschleunigung des Stößels 111 treten zwei
Phänomene
auf. Zuerst bewirkt die die Reibung zwischen dem Stößel 111 und
dem Zylinder 150 eine Kraft, die auf den Kolben 104 einwirkt.
Diese Kraft ist viel kleiner als die nachfolgende Kraft des Aufschlags
zwischen dem Stößel 111 und
dem Kolben 104. Zweitens verursacht die Presspassung zwischen
dem Abschnitt des Stößels 111 und
dem Zylinder 150 eine gasdichte Abdichtung. Folglich nimmt
mit der Bewegung des Stößels 111 nach
unten in den Zylinder 150 der Druck im Zylinder zu, was
zu einem allmählichen
Zuwachs der durch den Zylinder 150 auf den Kolben 104 auszuübenden Kraft
führt.
Mit zunehmender Kraft wird der Kolben 104 leicht nach vorne
bewegt, was dazu führt,
dass irgendeine Blase komprimiert wird. Typischerweise wird in einer
Ausführungsform
der Erfindung der Stößel entlang
eines Spaltes 152 von 3mm in etwa 200 μs beschleunigt. Dies verursacht
einen im Wesentlichen stetigen Druckanstieg von 0 auf etwa 1 – 5 Mpa über diese
Zeit. Dies verursacht ein allmähliches
Kollabieren der Blase über
diese Zeitdauer von ihrer ursprünglichen
Größe auf einen
minimalen Bruchteil (zum Beispiel 1/20) ihrer Größe. Des Weiteren, falls sich
die Blase in oder in sehr großer Nähe zur Öffnung der
Patrone 103 befindet, wird sie leicht aus der Düse gestoßen.
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Die
Wirkung davon ist die, dass, wenn der Stößel 111 auf das blinde
(verschlossene) Ende des Zylinders 150 auftritt, der seinerseits
in Kontakt mit der Rückseite
des Kolbens 104 steht, keine Blase von signifikanter Größe in der
Kapsel vorhanden ist. Dies bedeutet, dass es trotz des extrem schnellen Druckanstiegs,
der durch diesen Aufschlag verursacht wird und der notwendig ist,
um die Haut zu durchdringen, nicht zu stark lokalisierten Beanspruchungen
und Stoßwellen
kommt, die durch das Kollabieren der großen Blasen verursacht werden.
Das allmähliche
Kollabieren der Blase, das durch den Anstieg des Druckes auf etwa
1 – 5
MPa verursacht wird, bedeutet, dass irgendeine Blase, die zuvor
kleiner als 10 μl
war, unter der kritischen Größe von 0,5 μl zum Zeitpunkt
sein wird, an dem der Stößel auf den
Kolben auftrifft.
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In
einer alternativen Anordnung kann die Komponente 150 über dem
Ende des Stößels 111 angeordnet
sein und somit einen Teil der Stößelanordnung
bilden. Zum Beispiel kann die Komponente über einem Ende des Stößels angeordnet
sein, welches über
eine Endfläche
der zusammengesetzten Stößelanordnung
vorsteht.
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Diese
Endfläche
kann dann als ein Anschlag zu Beschränkung der Positionierung der
Komponente 150 über
dem Stößel 111 wirken.
Wenn der Stößel freigegeben
wird, bewegt sich die Komponente 150 mit dem Stößel innerhalb
der Patrone 103, bis sie auf den Kolben 104 auftrifft.
Nur dann wird die Stoß dämpfende
Funktion der Komponente 150 ausgenutzt.
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Dieser
Entwurf ermöglicht
die Einbringung der Komponente als eine Modifikation, die keine Änderung
an einer existierenden Stößelanordnung
oder der Auslegung der Patronenbaugruppe erforderlich macht.
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Die
Stoß dämpfende
Komponente reduziert die Anfangsrate des Druckanstiegs innerhalb
der das Medikament enthaltenden Kapsel. Es kann zu einer leichten
Verringerung der Druckspitze kommen, mit dem das Medikament herausgepresst
wird, und diverse Modifikationen der Stoß dämpfenden Komponente sind möglich, um
eine erwünschte
Kombination aus Anfangsdruckprofil und dem Druckprofil während des
tatsächlichen
Injektionskurvenverlaufs zu erreichen.
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Zum
Beispiel kann das Maß der
Presspassung zwischen der Innenfläche des Zylinders 150 und
dem Stößel abgewandelt
werden, um die Reduktion des Anfangsdrucks zu variieren. Zum Beispiel kann
ein Innendurchmesser des Zylinders für einen Stößeldurchmesser von 4,0 mm typischerweise
3,77 mm betragen, oder er kann auf 3,6 mm reduziert werden, um einen
größeren Reibwiderstand
einzubringen. Eine typische Toleranz kann 0,03 mm betragen.
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Der
Entwurf der Stöß dämpfenden
Komponente zuvor weist ein verschlossenes Ende auf, so dass eine
abgedichtete Kammer durch die Stoß dämpfende Komponente in Kombination
mit dem Stößel 111 vorgegeben
wird. Die Reibwechselwirkung kann jedoch alleine ausreichend sein. 3 zeigt
eine Stoß dämpfende
Komponente 150, die an beiden Enden offen ist. Das Maß des Reibwiderstands
und die Länge
können
so gewählt
werden, dass das gewünschte
Druckprofil erreicht wird.
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4 zeigt
Vergleichsdruckprofile eines Injektors ohne Stoß dämpfende Komponente (Kurvenverlauf 200),
mit dem verschlossenen Zylinder der 2 (Kurvenverlauf 202)
und zweier Versionen der Komponente aus 3 mit unterschiedlichen
Längen
(Kurvenverlauf 204 – Länge 4,5mm
und 206 – Länge 5 mm).
Wie gezeigt, sorgt die Anwesenheit der Stoß dämpfenden Komponente in jedem
Fall für
den Druckbereich 210, der das allmähliche Kollabieren der Blase
bereitstellt, aber der Druckanstieg beim Auftreffen des Stößels auf
den Kolben variiert bei den verschiedenen Entwürfen.
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Es
wurde (aus Untersuchung der abgefeuerten Instrumente) festgestellt,
dass es zu einer signifikanten Deformation der Rückseite des Kolbens 104 durch
das Auftreffen des Stößels kommt.
Natürlich kann
dadurch, falls solch eine Deformation reduziert werden kann (wodurch
Energie absorbiert wird), eine gesteigerte Druckspitze am Punkt
des Auftreffens des Stößels auf
den Kolben bereitgestellt werden (sobald die Stoß dämpfende Funktion abgeschlossen
ist).
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5 zeigt
eine Modifikation, bei der eine Metallendkappe 220 über der Öffnung auf
der Kolbenseite der Stoß dämpfenden
Komponente angeordnet ist. Dazu wurde herausgefunden, dass es zum Zeitpunkt,
bei dem der Kontakt zwischen dem Stößel und der Endkappe hergestellt
wird, die Druckspitze gesteigert wird. Dieser Anstieg der Druckspitze
wird jedoch von einer Schmälerung
der Druckspitze begleitet, was nicht wünschenswert sein kann.
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Eine
weitere Modifikation kombiniert unterschiedliche Grade des Reibwiderstandes
innerhalb der Zylinderbohrung. 6 zeigt
einen Stoßdämpfer mit
einem verschlossenen Ende (wie in 2) und in dem
zwei verschiedene Innendurchmesser d1 und d2 vorgesehen sind. Die
Komponente wird anfänglich
mit einer Bohrung mit dem Durchmesser d2 versehen, und in einem
zusätzlichen
Aufbohrschritt wird der gesteigerte Innendurchmesser d1 für eine gewünschte Tiefe
bereitgestellt. Um als Beispiel den Stößel mit dem Durchmesser von
4,0 mm zu nehmen, kann d1 3,77 mm entsprechen und d2 kann 3,6 mm
entsprechen. Die Tiefe der Aufbohrung kann natürlich die Eigenschaften der
Druckprofile beeinflussen. Es wird deutlich werden, dass die Höhe der Stufe
zwischen den Bohrung-Innendurchmessern
in 6 übertrieben
dargestellt ist.
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7 zeigt
Vergleichsdruckprofile für
einen Injektor ohne Stoß dämpfende
Komponente (Kurvenverlauf 200) und mit Aufbohrungen unterschiedlicher Tiefen
(Druckverläufe 220, 222, 224, 226 zeigen
eine zunehmende Tiefe der Aufbohrung) sowie ohne Aufbohrung (nämlich mit
einem Innendurchmesser von 3,6mm über die gesamte Tiefe – Kurvenverlauf 228).
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Durch
das Zufügen
einer Aufbohrung am offenen Ende wird das Reibungsmaß verringert,
und es wird ein kurzzeitiger Druckanstieg im Anfangsteil des Flüssigkeitsdruckprofil
geschaffen, während
der Stößel über die
Schulter zwischen den Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern
gleitet. Je tiefer die Aufbohrung ist, desto näher ist der Druckanstieg zur Hauptspitze.
Diese Maßnahme
kann somit dazu verwendet werden, die Druckspitze zu erhöhen, und
tatsächlich
ist im Kurvenverlauf 226 die Tiefe der Schulter derart,
dass die Hauptdruckspitze erhöht
ist.
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8 zeigt
einen Stoßdämpfer, der
an beiden Enden offen ist und in dem drei unterschiedliche Innendurchmesser
d1, d2 und d3 vorgesehen sind. Die Komponente wird anfänglich mit
einer Bohrung mit dem Durchmesser versehen, und ein zusätzlicher Aufbohrungsschritt
stellt den erweiterten Innendurchmesser d1 bis zu einer gewünschten
Tiefe auf der Stößelseite
der Komponente bereit, und ein zusätzlicher Aufbohrungsschritt
stellt den erweiterten Innendurchmesser d3 bis zu einer gewünschten
Tiefe von der Kolbenseite der Komponente bereit. Wie in 6 gezeigt,
kann d1 3,77 mm entsprechen, und d2 kann 3,6 mm entsprechen für einen
Stößeldurchmesser von
4,0 mm. Die Tiefen und Durchmesser der Aufbohrungen von beiden Enden
werden die Eigenschaften des Druckprofils beeinflussen.
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9 zeigt
Vergleichsdruckprofile für
einen Injektor ohne Stoß dämpfende
Komponente (Kurvenverlauf 200), für eine Komponente ohne Aufbohrung (nämlich mit
einem Innendurchmesser von 3,6 mm für die gesamte Tiefe – Kurvenverlauf 228 wie
in 7), und für
Komponenten, die sich lediglich im Durchmesser der kolbenseitigen
Bohrung unterscheiden (die Verläufe 230, 232, 234, 236 entsprechen
sukzessive zunehmenden Werten für
d3). Der Kurvenverlauf, der dem ursprünglichen Kurvenverlauf ohne
Stoßdämpfer am
nächsten
kommt, ist der Kurvenverlauf 236, und dies entspricht einem
Entwurf, bei der die kolbenseitige Aufbohrung im Durchmesser größer als
der Stößel ist.
Dieser Abschnitt des Stoßdämpfers stellt
somit keinen zusätzlichen Bewegungswiderstand
für den
Stößel in Richtung des
Kolbens bereit, sondern stellt sicher, dass der niedrige Druck im
Medikament für
eine geeignete Zeitdauer beibehalten wird, um eine langsame Blasenkollabierung
zu ermöglichen.
Der Kurvenverlauf 236 entspricht einer Komponente mit d1
= 3, 77 mm, d2 = 3,6 mm, d3 = 4,05 mm.
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Es
wurde festgestellt, dass Entwürfe
mit einer Rippe, wie sie in 8 gezeigt
sind, die beste Kombination aus Druckprofilen bereitstellen. Die
Aufbohrung auf der Stößelseite
der Komponente stellt eine Stufenanstieg des Druckes (als 240 in 9 gezeigt)
bereit, der dann abfällt,
aber ein niedriger Druck für
das allmähliche
Kollabieren der Blase wird beibehalten. Die Aufbohrung auf der Kolbenseite
reduziert das Maß an
Reibung, wodurch die Verluste der Druckspitze, die von der Gegenwart
der Stoß dämpfenden
Komponente herrühren,
reduziert werden.
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Dem
Fachmann wird klar sein, dass es viele Verfahren gibt, einen allmählichen
Druckzuwachs in einem Fluid zu bewirken, das von einem Kolben begrenzt
ist. Jegliche Komponente, die den anfänglichen Druckanstieg reduziert,
kann verwendet werden, und es gibt viele komprimierbare Elemente,
die für
diesen Zweck geeignet sind. Obwohl die Erfindung als eine Verbesserung
eines spezifischen, bekannten Entwurfs eines nadellosen Injektors
dargestellt wurde, kann die Erfindung auf viele unterschiedliche
Entwürfe übertragen
werden, und lediglich ein Beispiel wurde zuvor angegeben. Es gibt
insbesondere viele unterschiedliche Wege gespeicherte Energie freizusetzen,
um eine Kraft auf den Stößel zu übertragen,
die sich von der Gasfeder, die im spezifischen Beispiel gezeigt
ist, unterscheiden.
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Die
Stoß dämpfende
Komponente kann ein Teil des Kolbens oder des Stößels umfassen, oder wie im
Beispiel oben kann sie effektiv durch die Wechselwirkung dieser
zwei Komponenten definiert sein. Die Stoßdämpfung könnte auch auf die Ausgabe der
Energiequelle zum Antrieb des Stößels einwirken.
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In
einem anderen Beispiel kann die innere Öffnung der zylindrischen, Stoß dämpfenden
Komponente im Durchmesser größer als
der Durchmesser des Stößels sein,
und der Stößel kann
mit der Innenwand der Stoß dämpfenden
Komponente durch ein Fett verbunden sein, welches die Kraftübertragung gestattet,
wie ein Fett, das durch die Firma Kilopoise hergestellt wird.
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Im
obigen Beispiel wird die Komponente maschinell bearbeitet, und es
gibt stufenweise Änderungen
des Innendurchmessers unter Verwendung von Aufbohrtechniken. Stattdessen
kann es konische Änderungen
des Innendurchmessers geben – zum
Beispiel kann der Durchmesser der Öffnung im Zylinder entlang
der Länge
der Komponente zunehmen oder abnehmen, oder ebenso ist eine zentrale
Rippe denkbar, aber mit einer Konizität zu den größeren Öffnungsgrößen an den Enden. Dies lässt sich
natürlich
leichter bei einer geformten Komponente implementieren.
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Statt
des durch das Stoß dämpfende
Mittel gleitenden Stößels kann
dieser zum Beispiel gegen ein Gummikupplungselement gestoßen werden.
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Der
Ausdruck „Stoß dämpfendes
Mittel" ist für die erfindungsgemäße Komponente
verwendet worden, da sie für
einen anfänglichen
Zeitablauf mit niedrigem Druck innerhalb der Flüssigkeit vor der Hauptkraftübertragung
von dem Stößel auf
den Kolben sorgt. Dies wird durch Verwendung von etwas Kraft (Stoß) des Stößels erreicht.
Es könnte
gleichermaßen
als Mittel zur Bereitstellung einer anfänglichen Zeitdauer mit vergleichsweise
niedrigem Druck innerhalb der Flüssigkeit
vor der Hauptkraftübertragung
vom Stößel auf
den Kolben bezeichnet werden. Der Ausdruck „Stoß dämpfendes Mittel" soll all diese Möglichkeiten
abdecken, einschließlich
der Modifikation der Energiequelle (z.B. eine Quelle komprimierten
Gases).