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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht auf eine medizinische Vorrichtung und insbesondere
auf eine zurückziehbare
Spritze, die sich für
die Massenproduktion eignet, und einen Aufbau mit einer geringen
Auslösekraft
und einem hohen Auspressdruck, der nach einmaligem Gebrauch nicht
wiederverwendet werden kann.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Ein
Hauptgrund für
die Verbreitung von AIDS in der allgemeinen Bevölkerung sind die IV-Drogenkonsumenten,
die sich hypodermische Spritzen teilen und wiederverwenden, um Drogen
zu injizieren. Die Infektion kann sich von AIDS-Patienten in Krankenhäusern und
Gesundheitseinrichtungen durch versehentliche Nadelstiche mit Nadeln
ausbreiten, die bei infizierten Patienten verwendet wurden. Gebrauchte
Spritzen mit hervorstehenden Nadeln stellen ein Risiko für das medizinische
Personal und die Reinigungskräfte
sowie andere Beteiligte in der Entsorgungskette dar.
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Die
Schwere der Bedrohung durch AIDS und die Tastsache, dass der Hauptträger der
Ausbreitung der gefürchteten
Krankheit darin besteht, dass Spritzen durch IV-Drogenkonsumenten wiederverwendet werden,
hat zu intensiven Aktivitäten
geführt,
die praktikabelste, zuverlässigste,
einfach zusammensetzbare, durch Massenproduktion herstellbare Spritze
zu entwickeln.
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Es
gibt zahlreiche Spritzen unterschiedlicher Konstruktionen, die über Nadeln
verfügen,
die sich am Ende eines Injektionszyklus zurückziehen. Die meisten von ihnen
gelangten nie zur Marktreife, da sie unterschiedliche Nachteile
haben. In erster Linie gibt es bei den bekannten Nachteilen des
Standes der Technik die Probleme der Komplexität, der Zuverlässigkeit,
der Kosten und der Einfachheit der Handhabung. Die am häufigsten
verwendeten Spritzen sind 1cc und 3cc Spritzen, die in einer Auflage
von Millionen pro Tag durch Massenherstellung produziert werden
müssen.
Die Kosten stellen einen bedeutenden Faktor sowohl bei der Herstellung
der Teile als auch dem Zusammenbau der Vorrichtung dar. Die Hochgeschwindigkeitsproduktion
verlangt nach Formen mit mindestens 64 Hohlräumen, um die Zeit des Einheitenzyklus
zu verringern. Daher können Spritzgusskonstruktionen
innerhalb des Zylinders, die kollabierende Kernstifte erfordern,
wie sie vielfach im Stand der Technik beschrieben sind, kaum bei
konkurrenzfähigen
Kosten hergestellt werden.
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Eines
der Probleme bei zurückziehbaren Spritzen
nach dem Stand der Technik besteht in der Gesamtzahl und der Komplexität von Teilen
die ausgebildet und zusammengesetzt werden müssen. Andere Probleme des Standes
der Technik bestehen in der Abhängigkeit
vom Biegen oder Brechen von Innenbauteilen durch den Kolben, um
den Rückziehmechanismus
freizugeben, und in der Verwendung einer Membran am Ende des Kolbens,
die mit einem Nadelhalteelement und einer Feder durchstoßen werden
muss. Die Konstruktionen führen
zu bedeutenden Problemen bei der Qualitätskontrolle und beim Zusammenbau.
Kleine abgebrochene Stücke können ein
Risiko des Hängenbleibens
darstellen. Oft werden Haken verwendet, um die Rückziehmechanismen lösbar zu
befestigen. Haken führen
zu Problemen beim Halten und Steuern, können das Zurückbleiben
von Luftblasen beim Befüllen
verursachen und auf unerwünschte
Weise temperaturempfindlich sein.
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Beim
Stand der Technik gibt es häufig
einen zweiteiligen Zylinder, um das Anbringen einer Rückziehvorrichtung
in der Verlängerung
zu ermöglichen. Dadurch
ist mindestens ein zusätzliches
Bauteil und ein Montageschritt erforderlich. Es ist weiterhin notwendig
die spitze Injektionsnadel dann oft durch eine kleine Öffnung zu
stecken, während
eine Feder zusammengedrückt
wird, bevor die beiden Teile zusammengesetzt werden können. Die
kleinen Nadeln werden in Gestalt eines Rohrwickels hergestellt und
weichen deutlich von einem geraden Verlauf ab, nachdem sie auf Länge geschnitten
worden sind. Dies führt
zu schwierigen Problemen beim Zusammenbau, wenn die Nadel durch
eine kleine Öffnung
gesteckt werden muss. Die extrem scharfe Spitze fängt sich
am Rand eines Loches und verursacht ein Stocken des Produktionsablaufes.
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Der
geringe Teil des Standes der Technik, bei dem der von vorne angebrachte Rückziehmechanismus
bei einem einstückigen
Zylinder mit einem eingesteckten hohlen Kolben verwendet wird, Tsao US-Patent
No. 5.048.018, weist unter anderem keinen verringerten Zylinderbereich
auf, um einen übermäßigen Auspressdruck
zu verhindern, verwendet Eingreifflansche, um sämtliche Rückziehteile zu befestigen,
erfordert eine gleichzeitige Zerstörung der Innenbauteile und
Flansche, um ein Lösen
zu bewirken, was zu einem übermäßigen Kraftaufwand
führt, der
zum Zurückziehen
erforderlich ist, und erfordert aufgrund eines abgeschlossenen Zylinders
Entlüftungslöcher.
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Mit
dem Stand der Technik wurde keine zurückziehbare, nicht wiederverwendbare
Spritze für die
Massenproduktion und ein Aufbau hergestellt, der einfach, zuverlässig, kostengünstig, einfach
zu benutzen und zurückzuziehen
ist, wie eine herkömmliche
Spritze aussieht, über
wenige Teile verfügt,
die einfach herzustellen und zusammenzusetzen sind, der nicht temperaturempfindlich
ist, und bei dem nicht die Gefahr eines verfrühten Zurückziehens besteht.
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Dem
Stand der Technik ist kein Rückziehmechanismus
mit trennbaren Teilen bekannt, der auf eine Klemmkraft oder Reibung
an einer glattwandigen Übergangszone
mit verringerten Durchmesser im Kolben mit zueinanderpassenden Bünden zurückgreift,
die gleiten oder in Abhängigkeit
einer relativ geringen Daumenkraft trennbar gelöst werden können, obwohl sie einen Widerstand
gegen verfrühtes Zurückziehen
und einen hohen Auspressdruck bieten, der aus einem hohen Druck
resultiert, der in der Fluidkammer während einer Injektion erzeugt
wird. Dem Stand der Technik ist nicht bekannt, dass ein derartiger
Aufbau als einstückiger
Außenkörper über einen
Kern gegossen sein kann, der von der Rückseite herausgezogen werden
kann, wodurch der Rückziehmechanismus
auf einfache Art und Weise von der Rückseite unter Führung des
engen Verlängerungsabschnittes
eingeschoben werden kann. Mit dem Stand der Technik ist in dieser
Kombination darüber
hinaus die gewünschte
Vermeidung der Addition von Kräften,
die dem Zurückziehen
entgegenwirken, um die erforderliche Daumenkraft zu verringern, nicht
gegeben, womit er ein einfachste Merkmal der Einwegverwendung und
die geringste Zahl einfach herzustellender Teile aufweist. Diese
und weitere Merkmale finden sich beim Aufbau dieser Erfindung, der
im folgenden weiterführend
beschrieben wird und sich insbesondere für eine Herstellung und einen
Zusammenbau mit hoher Geschwindigkeit bei geringen Kosten eignet.
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US-A-538
511 beschreibt eine nicht wiederverwendbare medizinische Vorrichtung, die
an der Vorderseite zurückgezogen
wird. Ein Rückziehmechanismus
umfasst einen Nadelhalter, der mit einer Nadel verbunden ist. Der
Nadelhalter ist entlang der Achse der Vorrichtung mit Hilfe eines
Rückhalteringelementes
gehalten, das mit dem Nadelhalter gekoppelt ist. Sowohl der Nadelhalter
als auch der Rückhaltering
sind im vorderen Abschnitt eines hohlen Körpers einer derartigen Spritze
angeordnet. Die Front eines Kolbens ruht auf dem Rückhalteelement
und trennt ihn vom Nadelhalter. Diese Trennung erfolgt durch allmähliches
Verringern des Ausmaßes
der Gleitberührungsfläche. Der
entsprechende Kolben ist an seinem Ende, das der Nadel gegenüberliegt,
mit einem horizontalen Daumenteil einer Endkappe verbunden.
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US-A-52
11 629 beschreibt eine Sicherheitsspritze mit einem Kolben, der
in einem Zylinder bewegt werden kann. Nach Betätigung eines entsprechenden
Rückziehmechanismus,
der eine verformbare Basis, eine Halteeinrichtung, einen kreisförmigen Flansch
sowie eine Energiespeichereinrichtung enthält, wird eine Daumendruckeinrichtung
oder eine Daumenauflage in einem passenden Abschnitt des Zylinders
verriegelt. Der passende Abschnitt ist durch eine ringförmige Aussparung
an einem ringförmigen
Flanschelement ausgebildet, das radial nach innen hervorragt und
verwendet wird, um die Daumenauflage nach dem Eingriff mit der entsprechenden
ringförmigen
Rille zurückzuhalten.
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US-A-53
89 076 beschreibt eine einmalig verwendbare Vorrichtung mit Rückziehmechanismus.
Diese medizinische Vorrichtung ist eine Spritze mit drei Hauptteilen,
einem Außenzylinder,
einem länglichen
Nadelstab und einem gleitfähigen
Kolben. Der Nadelstab ist durch ein elastisches Ringelement in einer
nicht zurückgezogenen
Stellung gehalten. Nach einer Injektion wird durch weiteres Niederdrücken des
Kolbens das elastische Ringelement nach vorne und von einem Abschnitt
des Nadelstabes mit größerem Durchmesser
geschoben, um den Nadelstab zu lösen,
der vorgespannt ist, um sich entlang der Nadel in den Kolben zurückzuziehen.
Am Ende, das der Nadel gegenüberliegt,
weist der Kolben ein Flanschende mit einer axialen zentrierten Öffnung auf.
Diese Öffnung
ist so beschaffen, dass sie zwangsweise den koaxial installierten
Nadelstab aufnimmt.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist eine zuverlässige
Einwegspritze mit zurückziehbarer
Nadel, die zahlreiche Einwegmerkmale aufweist und nach einem Prinzip
arbeitet, das kostengünstige
Bauteile in geringer Zahl ermöglicht
und sich bestens für
schnelle Massenfertigung und Zusammenbau eignet. Der Spritzenaufbau
zeichnet sich durch einen einstückigen
hohlen Außenkörper aus,
der eine abgestufte Wand aufweist, die sich in Längsrichtung erstreckt. Vorzugsweise
enthält
die Wand einen länglichen
Zylinder und vorzugsweise eine Verlängerung mit einer Übergangszone,
die den Zylinder und die Verlängerung verbindet.
Der Durchmesser der Verlängerung
ist im Verhältnis
zum Zylinder kleiner. Der Außenkörper weist
eine nach innen gewandte Fläche
in der Wand um engsten Teil der Übergangszone
auf, wo die Verlängerung
beginnt. Eine Kolbenanordnung ist zum Teil im länglichen Zylinder mit einer
Endkappe zum Niederdrücken
des Kolbens angebracht, der aus einer Öffnung an der Rückseite
des Zylinders hervorragt. Der Kopf des Kolbens, der einen Rückziehhohlraum
für die
Aufnahme von Teilen des Rückziehmechanismus
aufweist, bewegt sich gleitend und dichtend in Berührung mit
dem Inneren des Zylinders.
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Ein
Rückziehmechanismus
ist in einem vorderen Endabschnitt des Zylinders, d.h. in der Verlängerung
des Körpers,
untergebracht. Der Rückziehmechanismus
enthält
eine Kombination aus länglichem
Nadelhalter und einer Feder, wobei der Nadelhalter einen länglichen
Körper
mit einem Federhalteabschnitt auf der Vorderseite und einem Kopf
auf der Rückseite
aufweist. Der Kopf des Nadelhalters hat eine nach außen gewandte
Oberfläche,
die mit der nach innen gewandten Fläche entlang einer Berührungsfläche zusammenwirkt,
die in Rückziehrichtung ausgerichtet
ist, um eine Haltekraft auf den Nadelhalter auszuüben, wenn
er in der Verlängerung
in der nicht zurückgezogenen
Stellung installiert wird. Der Nadelhalter und die Feder können auf
einfache Weise von der Rückseite
des Zylinders in Richtung zur Verlängerung eingeführt werden
und sind durch einen Gleiteingriff der zusammenwirkenden nach innen gewandten
Fläche
und der nach außen
gewandten Fläche
gehalten, während
die Feder zusammengedrückt
wird, wodurch eine Haltekraft auf den Nadelhalter entgegengesetzt
zur Rückziehkraft
ausgeübt wird,
die auf den Nadelhalter durch die Feder wirkt. Diese Teile haben
einen kreisförmigen
Querschnitt.
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Die
nach außen
gewandte Oberfläche
am kreisförmigen
Kopf des Nadelhalters hat einen geringfügig größeren Durchmesser als die nach
innen gewandte Oberfläche
in der Wand am engsten Abschnitt, wo die Verlängerung beginnt. Der Nadelhalter
ist somit durch Ringspannungen in Position geklemmt, die im Außen körper wirken,
und wird durch eine Reibungshaltekraft in Position gehalten. Der
Nadelhalter wird in Abhängigkeit
des Niederdrückens des
Kolbens in eine Rückziehposition
gelöst.
Das Zurückziehen
erfolgt in Abhängigkeit
einer Daumenkraft auf dem Kolben, wenn ein Teil des Kolbens, der
in die Überganszone
eindringt, wenigstens einen Teil der nach innen und außen gewandten
zusammenwirkenden Oberflächen
trennt, wodurch die Haltekraft auf den Nadelhalter auf eine Größe verringert
wird, die geringer ist als eine Rückziehkraft auf den Nadelhalter,
die durch die Feder erzeugt wird, wodurch der Nadelhalter in den
Hohlraum um eine Distanz gezogen wird, die ausreichend ist, um eine
Injektionsnadel, die am Nadelhalter angebracht ist, in den Außenkörper zurückzuziehen.
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Gemäß der Ausführungsform
von Anspruch 1 enthält
die Spritze eine Daumenkappe, die zum Einfüllen eines Fluids in den Zylinder
und zum Auspressen des Fluids verwendet wird, wobei die Daumenkappe
in einer entsprechenden zurückgezogenen
Stellung des Kolbens nicht gegriffen werden kann.
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Die
Vorderseite des Kolben verfügt über eine Öffnung für einen
Anschlag, der darin durch eine wechselseitige Passung gleitend aufgenommen
ist. Der Anschlag ist in die Öffnung
durch wechselseitige Passung entlang einer Gleitfläche eingepasst,
die in der Rückziehrichtung
ausgerichtet ist. Der Anschlag wird zum Großteil oder vollständig durch
den Kontakt mit dem Rückziehmechanismus
am Ende eines Injektionszyklus durch fortwährendes Niederdrücken des
Kolbens von einer ersten Position am Ende des Injektionszyklus in
eine zweiten Position gelöst,
in der die Spitze des Kolbens den Haltering berührt. Dadurch wird eine Anwachsen
der Kraft auf den Kolben verhindert, die erforderlich ist, um den
Anschlag von der Öffnung
zu lösen,
und einer Kraft, die benötigt wird,
um das Halteelement vom Kopf des Nadelhalters und der äußeren Körperwand
zu lösen.
Bei einem weiteren Niederdrücken
des Kolbens von der zweiten Position in die Rückziehposition, wird die Reibungshaltekraft
auf den Nadelhalter verringert, bis die Rückziehkraft, die durch die
Feder erzeugt wird, die verbleibende Halterkraft überschreitet
und der Nadelhalter sowie die Nadel, die mit diesem verbunden ist,
in den Hohlraum gezogen werden, der den gelösten Anschlag zusammen mit
diesen aufnimmt. Das Lösen
des Anschlages und des Halteelementes allein machen die Spritze
nicht wiederverwendbar. Der Kolben kann nach dem Zurückziehen nicht
entfernt werden, da die greifbare Endkappe in eine Öffnung am
Ende des Zylinders eintritt, wenn der Kolben in die Rückziehposition
niedergedrückt wird,
um eine Wiederverwendung nach dem Zurückziehen zu verhindern.
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Die
Spritze hat einen hohen Auspressdruck und eine geringe Kolbendaumenkraft,
die erforderlich ist, um ein Zurückziehen
zu bewirken. Der Auspressdruck ist der Fluiddruck, der auf den Anschlag
und den Haltering während
einer tatsächlichen
Injektion wirkt. Ein hoher Auspressdruckwiderstand wird erreicht,
da der Haltering im engsten Teil des Zylinders angebracht ist, wo
die Verlängerung
beginnt, wodurch die Größe der Fläche, die
dem Fluiddruck ausgesetzt ist, deutlich verringert wird. Der kleinere
Haltering gestattet die Verwendung eines kleinen Nadelhalters, so
dass die Öffnung
im Kolben und der Anschlag nur ein Bruchteil der Querschnittsfläche der Fluidkammer
unter dem Kolbenkopf haben können. Das
Verhältnis
der größten Querschnittsfläche der variablen
Kammer zu der des lösbaren
Anschlages oder des Ringelementes ist so gewählt, dass die maximal zu erwartende
Daumenkraft auf den Kolben während
einer Injektion einen maximalen Druck in der Kammer erzeugt, wodurch
eine Auspresskraft auf den Anschlag und das Halteelement entsteht,
die etwas geringer ist als die Größe der Lösekraft, die erforderlich ist,
um den Anschlag und das Halteelement während des Zurückziehens
zu lösen.
Dieses Verhältnis
sollte wenigstens zwei zu eins oder vorzugsweise drei zu eins oder
mehr betragen, um sicherzustellen, dass ein verfrühtes Auspressen
des Anschlages oder des Halterings verhindert wird.
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Um
die geringste Zahl einfach hergestellter separater Bauteile bei
einer zurückziehbaren
Spritze zu verwenden, haben ein ähnlicher
Anschlag im Kopf des Kolbens und eine ähnliche Kombination aus Nadelhalter
und Feder zusammenpassende nach innen gewandten und nach außen gewandten
ineinandergreifenden Oberflächen
am engsten Teil eines Übergangsbereiches,
wo die Verlängerung
beginnt. Es gibt keinen Haltering, der um den Kopf des Nadelhalters
verläuft.
Anstelle dessen ist eine kleine Schräge am Übergangsbereich oder benachbart
zum Übergangsbereich
vorgesehen, wobei der Kopf das Kolbens den Zylinder sanft nach außen spreizt,
während der
Anschlag gelöst
wird, wodurch die Klemm- oder Reibungskraft auf den Kopf des Nadelhalters
verringert wird, die durch die Wand des Außenkörpers erzeugt wird. Die Haltekraft
wird dadurch unter die Rückziehkraft
verringert, die durch die zusammengedrückte Feder erzeugt wird, und
der Nadelhalter wird in den Hohlraum des Kolbens ausgestoßen, der
den gelösten
Anschlag zusammen mit diesem aufnimmt.
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Die
Herstellung und der Zusammenbau wird durch die Tatsache vereinfacht,
dass der Kolben und der Außenkörper mit
einem nicht kollabierenden Kernwerkzeug gegossen werden können, das
von der Rückseite
herausgezogen werden kann. Die Bauteile haben eine einfache Form
und keine Haken und Teile mit hinterschnittenen Winkeln, die die
Technologie eines kollabierenden Kernstiftes erforderlich machen.
Der Außenkörper kann
in einem Stück
hergestellt und von der Rückseite
montiert werden. Der enge Verlängerungsteil
bietet keinen seitlichen Zwischenraum, der ein Schlagen der Feder
und ein Verklemmen verursacht, wenn die Rückziehanordnung vorwärts in den
Außenkörper bewegt
wird. Tatsächlich
wirkt die Verlängerung
als Führung,
um die Bauteile in die geeignete Position mit einem sanften Hub zu
leiten.
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Die
Nadel muss nicht installiert werden, bevor der Rückziehmechanismus an der richtige
Stelle plaziert wird, da sie bereits von der Vorderseite installiert
war, nachdem der Nadelhalter gleitend in der Verlängerung
aufgenommen worden ist.
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Deutliche Änderungen
der Haltekraft auf den Nadelhalter und der Lösekraft auf den Anschlag infolge
leichter Toleranzen der zueinander passenden Bauteile werden vermieden,
da die Längswand
des Außenkörpers eine
gewisse Flexibilität
hat. Die Wand kann leicht nach außen gespreizt werden, und der Anschlag
sowie der Kopf des Nadelhalters können sich in radialer Richtung
leicht zusammendrücken und
in Längsrichtung
leicht dehnen, um deutliche Änderungen
der Haltekraft zu vermeiden, die durch geringfügige Abweichungen von den tatsächlichen Durchmessern
verursacht werden. Eine gleichbleibende Größe der Rückziehkraft ist dadurch gewährleistet
und die Wirtschaftlichkeit sichergestellt.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Querschnitt entlang der zentralen Achse einer ersten Ausführungsform
der Erfindung, wobei sich der Kolben in einer ersten Position am
Ende eines Injektionszyklus befindet;
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2 ist
die Spritze aus 1, wobei der Kolben zusätzlich gedrückt ist,
um den Anschlag in der zweiten Position des Kolbens zu lösen, wobei
die Spitze des Kolbens bereit ist, den Rückziehmechanismus zu betätigen;
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3 ist
die Spritze von 1, bei der der Kolben weiter
in eine Rückziehposition
niedergedrückt
wurde, das Zurückziehen
erfolgt ist und die Kappe an der Hinterseite des Kolbens eng in
einer Öffnung
an der Hinterseite des Außenkörpers aufgenommen
ist;
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4A ist
ein Teilquerschnitt an der zentralen Achse einer alternativen manipulationssichere Öffnung in
der Rückseite
des Außenkörpers vor
dem Zurückziehen;
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4B ist
der Aufbau von 4A mit dem Kolben in der zurückgezogenen
Position, aufgenommen in einer Öffnung
an der Rückseite
des Außenkörpers;
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5 ist
ein Querschnitt entlang der zentralen Achse eines vereinfachten
Spritzenaufbaus ohne Halteelement um den Nadelhalter, der durch
Trennung der Reibungsflächen
gelöst
ist, dargestellt mit der Kolbenposition, die das Ende einen Injektionszyklus
darstellt;
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6 ist
der Spritzenaufbau von 5, bei dem der Kolben weiter
niedergedrückt
ist, um den Anschlag zu lösen
und das Lösen
der Reibungsflächen
unmittelbar von der Zurückziehen
zu beginnen;
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7 ist
der Spritzenaufbau von 6, wobei der Kolben über die
Position von 6 hinaus in die Rückziehposition
niedergedrückt
ist, wobei das Zurückziehen
erfolgt ist und die Kappe in der Öffnung auf der Rückseite
des hohlen Außenkörpers gesichert
ist;
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8 ist
eine schematische weggeschnittene Längsansicht durch das Zentrum
des zweiteiligen Kopfes, die darstellt, wie das Anheften erfolgen
kann, um den Haltering gleichzeitig abzudichten und an der richtigen
Stelle am Nadelhalter zu halten.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In
der folgenden Beschreibung sind ähnliche Bauteile
mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Bauteile mit einem tiefergestellten
Buchstaben stellen eine untergeordnete Abwandlung eines Bauteils
mit demselben Bezugzeichen dar. Die Zeichnungen sind deutlich vergrößert, um
die Details der Erfindung zu zeigen, geben jedoch im allgemeinen
den wahren Maßstab
wieder, der betrachtet wird. Die dargestellten Bauteile sind vorzugsweise
kreisförmig und
symmetrisch, wie dies bei Spritzen üblich ist. Die Zeichnungen
stellen einen Spritzenaufbau dar, der eine Fluidkapazität von 1cc
bis 3cc hat.
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1 zeigt
den Aufbau der ersten Ausführungsform,
der allgemein mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist.
Die Spritze 10 hat einen einteiligen hohlen Außenkör per 12.
Der Körper 12 hat
eine in Längsrichtung
verlaufende Wand, die einen länglichen
Zylinder 14 und eine Verlängerung 16 enthält, wobei
ein Übergangsbereich 18 den
Zylinder und die Verlängerung
verbindet. Ein von der Vorderseite angebrachter Rückziehmechanismus,
der in der Verlängerung
befestigt ist, ist allgemein mit Bezugszeichen 20 gekennzeichnet.
Er enthält
die Kombination aus einem länglichen
Nadelhalter 22 und einer Feder 24. Der Nadelhalter
hat einen länglichen
Körper
mit einem Nadelhalteabschnitt 26 auf der Vorderseite zum Halten
einer Nadel 28 und einen Kopf 30 auf der Rückseite.
Der Kopf 30 kann aus einem zweiteiligen Kopf, wie in 1 bis 3 oder
einem einteiligen Kopf, wie in 5 bis 7 bestehen.
Der Nadelhalter wird durch Niederdrücken eines Kolbens gelöst, der
beschrieben werden wird.
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Ein
Kolben, der allgemein mit Bezugszeichen 32 gekennzeichnet
ist, ist zum Gebrauch teilweise im Zylinder 14 angeordnet.
Der Kolben hat einen Kopf und eine Dichtung, die allgemein mit Bezugszeichen 34 gekennzeichnet
sind und mit dem Inneren des Zylinders 14 des Außenkörpers 12 in
einem dichtenden Gleitkontakt stehen. Der Kolben verfügt über ein
herkömmliches
Dichtungselement 36 und einem darin ausgebildeten Rückziehhohlraum 38.
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Der
Kopf 34 weist einen Spitzenabschnitt 40 auf, der
eine Öffnung
in den Rückziehhohlraum 38 ausbildet.
Ein federnder lösbarer
Anschlag 42 ist dichtend in der Öffnung 41 angebracht,
wobei sich ein vorderer Abschnitt desselben über die Spitze 40 hinaus
erstreckt. Der Kopfteil 34 und der hintere Teil des Anschlages 42 haben
zusammenwirkende Bünde 44 bzw. 46,
die die Öffnung 41 abdichten.
Der Kolben 32 verfügt über eine
Endkappe 48 zum Niederdrücken des Kolbens mit dem Daumen.
Die Endkappe 48 weist eine zentrale Öffnung auf, die durch Presspassung
einen Stopfen 50 dauerhaft aufnimmt, um den Rückziehhohlraum 38 am
hinteren Ende zu verschließen.
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Mehrere
in Längsrichtung
verlaufende Rillen 52 führen
den Kolben 32 gleitend im Zylinder 14. Bei der
Ausführungsform
von 1 verfügt
der Außenkörper 12 über einen
Schaft 54, der sich hinter den Fingergriffen 56 erstreckt
und eine Öffnung 58 hat, die
den Außenumfang 60 der
Kappe 48 eng aufnimmt, wenn der Kolben in die zurückgezogene
Position niedergedrückt
wird. Eine alternative Anordnung ist in 4A und 4B dargestellt,
bei der der Zylinder 14, sofern erforderlich, derart in
Längsrichtung
verlängert
ist, dass die Endkappe 48 eng in eine Öffnung auf der Rückseite
des Zylinders passen, wo sich die Fingergriffe befinden. 4B zeigt die
manipulationssichere Position, bei der sich der Kolben in der zurückgezogenen
Position befindet. Es wird darauf hingewiesen, dass in Abhängigkeit
der Beziehung zwischen dem Innendurchmesser des Zylinders und dem
Durchmesser der Endkappe die Endkappe anstelle dessen genau innerhalb
der Öffnung
auf der Rückseite
des Zylinders aufgenommen werden könnte. Unabhängig davon, wie die Endkappe
an der Rückseite
des Außenkörpers und
der Zylinder ausgebildet sind, kann der Kolben nicht länger gegriffen
werden, nachdem das Zurückziehen
erfolgt ist, da die Endkappe 48 in eine Öffnung gepresst
wurde und das Ende der Daumenkappe nicht gegriffen werden kann.
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Die
Wand des Außenkörpers 12 und
der Kopf 30 des Nadelhalters haben zueinander passende,
zusammenwirkende glatte Oberflächen,
die den Nadelhalter 22 in der Position halten, die in 1 dargestellt
ist, wobei die Feder 24 zusammengedrückt ist. Die Verlängerung 16 hat
im Bezug auf den Zylinder einen geringeren Durchmesser. Der Außenkörper verfügt über einen
engsten Teil, wo der Kopf 30 des Nadelhalters 22 in
Eingriff steht und gehalten wird. Der Außenkörper hat eine nach innen gewandte Oberfläche 62 am
engsten Teil des Übergangsbereiches,
wo die Verlängerung 16 beginnt.
In ähnlicher Weise
hat der Kopf 30 eine nach außen gewandte Oberfläche 64,
die derart beschaffen ist, dass sie mit der nach innen gewandten
Oberfläche 62 zusammenwirkt,
um eine Haltekraft auf den Nadelhalter 22 auszuüben, wenn
der Rückziehmechanismus
von der Rückseite
her in der Verlängerung
installiert wird. Die Passflächen 62, 64 bilden
eine Gleitberührungsfläche, die
in der Rückziehrichtung
verläuft
und die Verlängerung 16 abdichten.
Die Passflächen 62, 64 sind
vorzugsweise Reibungsflächen,
die eine Gleitberührungspassung
haben, um eine Reibungshaltekraft auszuüben, die den Nadelhalter 22 durch
Reibung zwischen den Passteilen in Position hält. Es wird bei der Erfindung
in Betracht gezogen, dass bei einer oder mehreren der zusammenwirkenden
Berührungsflächen eine
Beschichtung oder ein Klebstoff verwendet werden könnte, der
zerbrochen oder gelöst
wird, wen die Passflächen
oder Bünde
getrennt oder relativ zueinander bewegt werden.
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Der
Kopf 30 bildet eine untere Grenze für eine variable Fluidkammer 68 unter
dem Kopf 34. Der Nadelhalter 22 hat einen Fluidleitungsweg 70,
der mit der Fluidkammer 68 und der Nadel 28 in
Verbindung steht. Der Nadelhalter 22 hat einen Kopf 72 kleineren Durchmessers,
der Bestandteil des Kopfes 30 ist. Das Halteelement 66 ist
mit dem Innenkopf 72 entlang einer Gleitfläche 74 gekoppelt,
die in der Rückziehrichtung
verläuft.
Das Halteelement 66 ist mit dem Innenkopf 72 durch
eine Haltekraft verbunden, die größer ist als eine Rückziehkraft,
die auf die Unterseite des Innenkopfes 72 durch das Ende
der zusammengedrückten
Feder 24 wirkt. Ein Abschnitt 27 eines verringerten
Durchmessers des Nadelhalters 22 ragt durch eine Öffnung auf
der Vorderseite 76 der Verlängerung 16.
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Das
Halteelement 66 kann als runder Ring wahrgenommen werden,
der den runden Innenkopf 72 umgibt. Der Ort des Halteelementes 66 am
engsten Teil des Übergangsbereiches,
wo die Verlängerung
beginnt und der relativ kleine Bereich der dem Druckfluid in der
Kammer 68 ausgesetzt ist, führt zu einem hohen Auspressdruck.
Da der vordere Teil 26 des Nadelhalters im vorderen Teil 76 der
Nase 16 angebracht ist, wird es kein Druck dem Nadelhalter 22 oder
der Nadel 28 gestatten, sich nach vorne zu bewegen. Der
Auspressdruck kann als der Druck in der Kammer 68 definiert
werden, der auf den freiliegenden Bereich des Halteelementes 66 wirkt,
um eine Kraft zu erzeugen, die groß genug ist, um die Haltekraft
derart zu überwinden,
dass das Halteelement 66 durch eine Vorwärtsbewegung "herausgepresst" wird und den Nadelhalter 22 zu
früh löst.
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Einige
Benutzer haben starke Hände
und können
im äußersten
Notfall in der Lage sein, eine Kraft von etwa 66,7 bis 81,1 N (15
bis 18 Pfund) auf den Kolben während
eine Injektion auszuüben.
Es wird als beinahe unmöglich
angesehen, dass jemand eine Kraft von mehr als 81,1 N (18 Pfund)
ausübt. Dies
kann als maximal zu erwartende Kraft angesehen werden, die berücksichtigt
werden muss, so dass das Ringelement 66 nicht herausgepresst
wird, während
eine Injektion erfolgt. Die größte Querschnittsfläche der
variablen Kammer 68 und die Fläche des Halteelementes 66,
die dem Fluiddruck ausgesetzt sind, sind derart gewählt, dass
der Auspressdruck größer ist
als der Maximaldruck in der Kammer 68, der infolge der
maximal zu erwartenden Daumenkraft, die auf die Kappe 48 während einer
Injektion wirkt, zu erwarten ist. Dieses Verhältnis beträgt vorzugsweise etwa zwei zu
eins und insbesondere drei zu eins oder mehr, so dass die Haltekraft,
die den Rückziehmechanismus
an der richtigen Stelle hält, auf
einem angenehm geringen Wert gehalten werden kann, während der
Auspressdruck hoch bleibt.
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Beim
lösbaren
Anschlag 42 ist ein ähnliches Auspressproblem
zu beobachten. Der vordere und der mittlere Abschnitt des Anschlages 42 sind
von der Öffnung 41 geringfügig zurückgesetzt,
so dass der Fluiddruck in der Kammer 68 gegen die Querschnittsfläche an den
zusammenwirkenden Bünden 44, 46 geleitet
wird und bewirken könnte,
dass der Anschlag 42 herausgepresst wird. Eine Reibungshal tekraft
wird an den Bünden 44, 46 erzeugt,
die als Lösekraft
bezeichnet werden kann und überwunden werden
muss, um den Anschlag 42 vor dem Zurückziehen zurückzuschieben.
Das Verhältnis
der maximalen Querschnittsfläche über das
Innere der variablen Kammer 68 zur maximalen Querschnittsfläche des
Anschlages 42, der dem Druck in der Kammer 68 ausgesetzt
ist, ist derart gewählt,
dass die maximal zu erwartende Daumenkraft auf den Kolben 32 während einer
Injektion eine maximale Kraft erzeugt, die geringfügig schwächer ist
als die Größe einer
Lösekraft,
die erforderlich ist, um den Anschlag zu lösen, so dass der Anschlag 42 während einer
Injektion nicht herausgepresst wird. Dieses Verhältnis ist vorzugsweise nicht
geringer als zwei zu eins, insbesondere jedoch drei zu eins oder
mehr, wodurch beispielsweise eine Kraft von etwa 80,1 N (18 Pfund)
auf den Kolben eine durch Druck erzeugte Kraft von lediglich 40
bzw. 26,7 N (neun bzw. sechs Pfund) auf den Anschlag ausüben würde, so
dass der Anschlag auf einfache Weise vor dem Zurückziehen am Ende eines Injektionszyklus
gelöst
werden kann, während einer
Injektion jedoch nicht herausgepresst wird. Der Anschlag wird nach
der Injektion durch eine Daumenkraft gelöst, die durch Bewegung des
Kolbens auf den Anschlag einwirkt.
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Die
Bauteile, die für
das Zurückziehen
verwendet werden, sind angebracht, um ein Ansteigen der Kraft während der
Rückziehsequenz
zu verhindern. In 1 hat der Anschlag 42 eine
nach vorne gerichtete Erweiterung über die Spitze 40 hinaus,
die es gestattet, dass ein voller Daumendruck auf den Anschlag einwirkt,
bevor ein anderer Teil des Rückziehmechanismus
zum Eingriff kommt. Der Umfang der nach vorne gerichteten Erweiterung über Spitze 40 hinaus
bezieht sich auf die Länge
der Bünde 44, 46,
so das die nach vorne gerichtete Erweiterung des Anschlages 42 vorzugsweise
etwa 80% der im Eingriff befindlichen Bundlänge darstellt. Wenn der Anschlag 42 zurückbewegt
wird, bis die Vorderseite mit der Spitze 40 bündig ist,
wie es in 2 zu sehen ist, bleiben lediglich
etwa 20% des im Eingriff befindlichen Bundes übrig. In 2 ist
zu erkennen, dass die Daumenkraft auf den Kolben 48 ausgeübt wurde, um
den Anschlag 42 teilweise zu lösen, so dass ein Spalt 78 erzeugt
wird, wobei der übrige
im Eingriff befindliche Bundbereich als Bereich 80 gekennzeichnet ist.
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Da
ich davon ausgehe, dass die Größe der Reibungshaltekraft
oder der Lösekraft
in etwa proportional zur Größe der Länge der
Gleitberührungsfläche zwischen
den zusammenwirkenden Bünden 44, 46 ist,
folgt daraus, sofern dynamische Wirkungen ignoriert werden, dass
die Größe der verbleibenden
Kraft in dem Maße
ab nimmt, in dem die im Eingriff befindliche Gleitberührungsfläche verringert wird.
Genau dies passiert, wenn sich der Anschlag 42 in den Hohlraum 38 aus
der Position in 1 in die Position in 2 bewegt.
Es wird davon ausgegangen, dass es geeignet ist die anfängliche
Lösekraft derart
einzustellen, dass etwa 22,25 N (fünf Pfund) in der Position von 1 zugelassen
werden, die auf eine verbleibende Größe von etwa 4,45 N (ein Pfund) verringert
wird, wenn der Anschlag oder das Stopfenelement 42 die
Position von 2 erreicht. Es wird an diesem
Punkt der Beschreibung darauf hingewiesen, dass der Frontabschnitt
der Spitze 40 vorzugsweise einige in Längsrichtung verlaufende Schlitze oder Öffnungen
aufweist, so dass sich kein Fluid im trapezförmigen Bereich der Kammer 68 aufgrund
der Berührung
zwischen der Spitze 40 und der oberen Fläche des
Halterings 66 sammelt, wie dies in 2 zu sehen
ist.
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Der
Nadelhalter 22 und die Feder 24 können als
Kombination von der Rückseite
des Zylinders her installiert werden, bevor der Kolben angebracht
und lösbar
am engsten Teil des Übergangsbereiches,
wo die Verlängerung
beginnt, durch Gleiteingriff der zusammenwirkenden nach innen und
außen
gewandten Reibungsflächen 62, 64 gehalten
wird, während die
Feder 24 zusammengedrückt
wird. Die Länge
des eingreifenden Bundes 64 und der Umfang des Presssitzes
ist vorzugsweise derart gestaltet, dass eine Reibungshaltekraft
entgegengesetzt zur Rückziehkraft,
die durch die zusammengedrückte
Feder 24 entsteht, von etwa 22,25 N (fünf Pfund) erzeugt wird, wenngleich
die Feder eine Rückziehkraft
in der Rückziehrichtung
von etwa 2,225 N (0,5 Pfund) erzeugen kann. Bei der Verwendung wird
die Nadel gegen eine Gummidichtung in einer Ampulle gedrückt, weshalb der
Nadelhalter einer resultierenden rückwärtsgerichteten Kraft widerstehen
muss, ohne während
des Füllvorgangs
gelöst
zu werden. Diese Anforderung und der Auspressdruck begrenzen die
untere Grenze der Haltekraft auf den Nadelhalter.
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Wendet
man sich wieder 2 zu, so ist zu erkennen, dass
ein weiteres Neiderdrücken
des Kolbens über
die zweite Position in 2 hinaus das Halteringelement 66 entlang
der Gleitberührungsfläche 74,
die durch die Außenfläche des
Innenkopfes 72 gebildet wird, und entlang der nach innen
gewandten Reibungsfläche 62 löst. Wenn
die Größe der verbleibenden
Eingriffsberührungsfläche verringert
wird, wird die Größer der
Kraft, die erforderlich ist, um damit fortzufahren, das Halteelement 66 vom
Nadelhalter 22 zu bewegen, verringert, wobei der kleine
verbleibende Eingriffsbereich 80 zwischen den Bünden 44, 46 des
Kolbens und des Anschlages vorzugsweise bewirkt, dass der Anschlag 42 gelöst wird,
bevor der Nadelhalter 22 freigegeben wird. Wenn die verbleibende
Reibungskraft während
eines fortgesetzten Niederdrückens
des Kolbens kleiner wird als die Rückziehkraft, die durch die
zusammengedrückte Feder 24 erzeugt
wird, wird die Rückziehposition
von 3 erreicht, wodurch das Zurückziehen erfolgt.
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Wenn
das Zurückziehen
erfolgt, bewegt sich der Nadelhalter 22 durch die Öffnung 41 in
den Hohlraum 38. Die entspannte Länge der Feder 24 wird derart
gewählt,
dass eine Rückwärtsbewegung
erzeugt wird, die ausreicht, um eine Injektionsnadel 26, die
im vorderen Teil 26 vollständig innerhalb des Außenkörpers 12,
der den gelösten
Anschlag 42 trägt, befestigt
ist, mit ihm zurückzuziehen.
Gleichzeitig tritt die Kappe 48 in die Öffnung 58 des Zylinders
ein, wobei der Umfangsrand 60 eng umschlossen wird, um eine
Wiederverwendung nach dem Zurückziehen
zu vermeiden. Es ist unerheblich, ob sich die Kappe 48 im
Augenblick des Zurückziehens
oder nachdem das Zurückziehen
bereits erfolgt ist in die Öffnung
bewegt, da die Bewegung aufgrund der fortgesetzten Daumenkraft zum
Auslösen
des Zurückziehens
automatisch ist. Eine ausreichende nicht in Engriff stehende Länge der
nach innen gewandten Oberfläche 62 ist
derart beschaffen, dass sich das Halteelement 66 eine ausreichende
Distanz nach unten bewegen kann, um die Rückziehposition von 3 zu
erreichen. Nach dem Zurückziehen
bleibt das Halteelement 66 vorzugsweise stecken und verhindert
die Möglichkeit,
dass eine Person, dieses erneut mit dem Kopf des Nadelhalters 22 in
Eingriff bringen kann. Der Durchmesser des Bundes 62 im
Bereich der mit 63 gekennzeichnet ist, kann leicht vergrößert werden,
um ein Spiel für
den Haltering 66 zu erzeugen, wenn er durch die Spitze 40 nach
unten gedrückt wird.
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Bei
dieser Erfindung wird ebenfalls in Erwägung gezogen, dass das trennbare
Halteelement 66 entfernbar mit dem Innenkopf 72 des
Nadelhalters 22 mit Hilfe einer relativ kleinen "Heft"-Schweißstelle verbunden
ist, die ausreicht, um einer Rückziehkraft zu
widerstehen, die auf den Nadelhalter durch die Feder wirkt, die
jedoch durch Niederdrücken
des Kolbens über
die Position hinaus, die in 2 gezeigt ist,
gebrochen oder getrennt werden kann, um den Nadelhalter zu lösen und
ein Zurückziehen
zu gestatten. Dies ist schematisch in 8 im Bezug
auf einen alternativen Kopf 30a gezeigt, wobei die Teile
des Spritzenkörpers 12 und
des Nadelhalters 22 weggeschnitten sind, um die Anwandlung
hervorzuheben. Der übrige
Teil des Spritzenaufbaus entspricht dem von 3.
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In 8 hat
der Innenkopf 72a eine nach außen gewandte Oberfläche 74a und
einen sehr kleinen erhabenen Abschnitt oder mehrere horizontal in Abstand
angeordnete erhabene Abschnitte 73 um den Umfang in einem
zusammenhängenden
Reif oder Ring, die sich relativ gleichmäßig nach außen über die Umfangsfläche 74a des
Kopfes 72 hinaus erstrecken. Der erhabene Abschnitt kann
auf der Innenoberfläche 75 des
Halteelementes 66a anstelle auf der Oberfläche 74a des
Nadelhalters sein. Der Kopf des Nadelhalters ist vorzugsweise rund,
wobei es jedoch denkbar ist, dass er eine andere Form hat, wobei
das Halteelement 66a entsprechend ausgebildet ist um damit übereinzustimmen.
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Die
nach innen gewandte Oberfläche 75 des Innenkopfes 72a steht
mit dem erhabenen Abschnitt 73 auf der Außenfläche des
Innenkopfes 72a in Kontakt, wobei es einen schmalen Spalt 77 zwischen
beiden geben kann. Der erhabene Abschnitt 73 verbindet
das Halteelement 66a mit dem Innenkopf 72a und kann
als Brückenabschnitt
bezeichnet werden, der dem oben erwähnten Auspressdruck widersteht,
und hält
den Nadelhalter an seiner Stelle gegen die Rückziehkraft, die auf den Nadelhalter
durch die Feder 24 zusammen mit kleinen zusätzlichen
Kräften
wirkt, die aufgewendet werden, wenn die Nadel gegen die Gummidichtung
einer Ampulle bei der Vorbereitung auf die Verwendung geschoben
wird. Der Brückenabschnitt
kann durch "Anheft"-Schweißen des
erhabenen Abschnittes 73 an die Innenoberfläche des Rings 66a ausgebildet
werden, oder durch eine andere Art eines brechbaren Brückenabschnittes,
der das trennbare Ringelement 66 und den Nadelhalterkopf 72a zusammenhält. Es ist
jedoch erforderlich, dass der Brückenabschnitt
auch als Dichtung zwischen den einander zugewandten Oberflächen des Ringelementes
und des Innenkopfes dienen muss, so dass unter Druck gesetztes Fluid
nicht von der Kammer 68 durch den Spalt 77 gelangen
kann, um den Verlängerungsabschnitt
der Vorrichtung zu erreichen. Das gesamte Fluid muss durch den Fluidleitungsweg 70 laufen.
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Es
ist zu erkennen, dass, wenn die Position von 2 erreicht
ist, die vordere Spitze des Kolben gegen den Haltering 66a drückt, nachdem
der Anschlag 42 beinahe gelöst ist, und den Haltering 66a vom
Innenkopf 72a des Nadelhalters 22a trennt. Eine Anheft-Schweißnaht, die
die trennbaren Teile am Brückenabschnitt
verbindet, wird gebrochen oder anderweitig getrennt, so dass der
Haltering 66a vom Innenring 72a getrennt wird,
wodurch der Nadelhalter 22a aus einer weiteren Halterung
gelöst
wird. Dies und die Kraft, die durch die Feder 24 erzeugt
wird, bewirken das Zurückziehen,
wie es zuvor beschrieben wurde und in 3 dargestellt
ist.
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Es
wird davon ausgegangen, dass der vergrößerte Durchmesser des erhabenen
Abschnittes 73 im Bereich von 0,025 bis 0,2032 mm (1/1000
bis 1/8000 Zoll) liegt, was durch die Möglichkeiten des Gießwerkzeuges
bestimmt sein kann, das verfügbar ist,
um einen stabilen Brückenabschnitt
ohne Defekte herzustellen. Es wird davon ausgegangen, dass es erwünscht ist,
unterschiedliche Polymermaterialien für den Haltering und den Nadelhalter
zu verwenden, um das Anheftschweißen auszuführen, wie etwa ein geeignetes
Polyvenylchlorid (PVC) für
den Haltering und ein geeignetes Polycarbonat-Kunststoffmaterial für den Nadelhalter.
Eine Möglichkeit,
diese beiden Bauteile zu verbinden, kann darin bestehen, sie zusammenzusetzen
und für
etwa 20 Minuten einer Temperatur von etwa 120°C auszusetzen, um eine Diffusion
oder eine örtliche
Schmelzung an der Stelle auftreten zu lassen, an der sie sich berühren. Der
erhabene Abschnitt erzeugt einen hohen Druck an der Stelle, an der
er mit der nach innen gewandten Oberfläche des Halteelementes 66a in
Berührung
kommt. Das Ultraschallschweißen
kann ebenfalls angewandt werden. Eine Beschichtung oder ein Klebstoff,
der den Haltering mit dem Nadelhalter verbindet und mit Hilfe einer
Kraft gelöst
werden kann, die auf den Haltering durch den Kolben einwirkt, wird
bei dieser Erfindung ebenfalls in Erwägung gezogen.
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Eine
alternative Spritze 82 ist in 5 bis 7 beschrieben.
In 5 hat die Spritze 82 einen einstückigen hohlen äußeren Spritzenkörper 84.
Der Körper 84 verfügt über eine
in Längsrichtung
verlaufende Wand, die einen länglichen
Zylinder 86 und eine Verlängerung 88 mit einem Übergangsbereich 90 aufweist,
der den Zylinder und die Verlängerung verbindet.
Ein an der Vorderseite angebrachter Rückziehmechanismus, der in der
Verlängerung 88 untergebracht
ist, ist allgemein mit Bezugszeichen 92 gekennzeichnet.
Er umfasst die Kombination aus einem länglichen Nadelhalter 94 und
einer Feder 96. Der Nadelhalter hat einen länglichen
Schaftkörper
mit einem Nadelhalteabschnitt 100 an der Vorderseite zum Halten
der Nadel 28 und einen Kopf 102 auf der Rückseite.
In diesem Fall ist der Kopf 102 ein einstückiger Kopf,
der integraler Bestandteil des übrigen Teils
des Nadelhalters 94 ist. Die Feder 96 erzeugt eine
Rückziehkraft
in einer Rückziehrichtung
zur Unterseite des Kopfes 102.
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Ein
Kolben, der allgemein mit Bezugszeichen 104 gekennzeichnet
ist, ist angebracht, um teilweise innerhalb des Zylinders 86 verwendet
zu werden. Der Kolben 104 hat einen Kopfabschnitt 106, der
sich in gleitendem, dichtendem Kontakt mit dem Inneren des Zylinders 86 des
Außenkörpers 84 bewegt.
Wenngleich eine separate Dichtung am Kopf 106 verwendet
werden kann, eignet sich diese Ausführungsform für einen
geringeren Durchmesser, wie etwa eine 1cc Spritze, und kann mit
dem Kopf 106 verwendet werden, der ebenfalls als Dichtung
dient. Ein Rückziehholraum 108 befindet
sich im inneren des hohlen Kolbens 104. Der Kopf 106 hat
einen Spitzenabschnitt 110, der eine Öffnung 112 für einen lösbaren Anschlag 144 ausbildet,
der über
einen Frontabschnitt verfügt,
der sich über
die Spitze 110 hinaus erstreckt. Der Kopfteil 106 hat
einen nach innen gewandten Bund 116, und die Rückseite
des Anschlages 114 hat einen nach außen gewandten Bund 118,
die zusammenwirkende Reibungsflächen
aufweisen, die die Öffnung 112 abdichten.
Der hintere Abschnitt des Außenkörpers 84 kann
Fingergriffe 120 haben, sowie denselben Schaft 54 und
die End- oder Daumenkappe 48, die zuvor beschrieben wurden. Die
alternative Anordnung von 4A und 4B kann
ebenfalls verwendet werden.
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Der
Außenabschnitt
der Spitze 110 kann mit einer Winkelfläche 122 versehen sein,
die mit einem kleinen Vorsprung 124 zusammenarbeitet, der
sich in der Nähe
des Übergangsbereiches 90 befindet.
Die Wand des Außenkörpers 84 und
der Kopf 102 des Nadelhalters haben zueinander passende
zusammenwirkende Reibungsflächen,
die den Nadelhalter 102 durch Reibung in der Position halten,
die in 5 gezeigt ist, wobei die Feder 96 zusammengedrückt ist.
Die Verlängerung 88 hat
im Bezug auf den Zylinder 86 einen kleineren Durchmesser.
Der Außenkörper hat
einen engsten Teil, wo der Kopf 102 des Nadelhalters 94 durch
Reibung in Eingriff steht. Der Außenkörper hat eine nach innen gewandte Oberfläche oder
Bund 126 am engsten Teil des Übergangsbereiches, wo die Verlängerung 88 beginnt.
In ähnlicher
Weise verfügt
der Kopf 102 über
eine nach außen
gewandte Reibungsfläche 128,
die derart gestaltet ist, dass sie mit der nach innen gewandten Oberfläche 126 zusammenwirkt,
um eine Reibungshaltekraft auf den Nadelhalter 94 auszuüben, wenn der
Rückziehmechanismus
in der Verlängerung
von der Rückseite
her installiert wird.
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Passflächen 126, 128 bilden
eine Gleitberührungsfläche, die
in Rückziehrichtung
verlaufen und die Verlängerung 88 abdichten.
Die Passflächen 126, 128 sind
vorzugsweise glatte Reibungsflächen,
die eine wechselseitige Passung aufweisen, wenn der Nadelhalter 94 von
der Rückseite
her installiert wird, wodurch eine Reibungshaltekraft den Nadelhalter 94 durch
Reibung zwischen dem Bund 126 und dem Kopf 102 des
Nadelhalters 94 in Position hält. Es wird bei der Erfindung
in Erwägung
gezogen, dass eine oder beide dieser Oberflächen eine Beschichtung oder
einen Klebstoff haben können,
der zerstört
wird, wenn die Passflächen
getrennt werden, um den Nadelhalter zu lösen.
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Der
Kopf 106 bietet die obere Grenze für eine variable Fluidkammer 130 unter
dem Kopf 106. Der Nadelhalter 94 hat einen Fluidleitungsweg 132, der
in Verbindung mit der Kammer 130 und der Nadel 28 steht.
Der Nadelhalter 94 ist lösbar an die Oberflächen oder
Bünde 126, 128 mit
einer Haltekraft gekoppelt, die die Rückzugskraft überschreitet,
die auf die Unterseite des Kopfes 102 durch das Ende der
zusammengedrückten
Feder 96 wirkt. Ein Abschnitt 134 des Nadelhalters 94 mit
verringertem Durchmesser ragt durch eine Öffnung an der Vorderseite 136 der
Verlängerung 88.
Der Auspressdruck stellt im Bezug auf den Nadelhalter bei der alternativen
Ausführungsform
keinen Faktor dar. Keine Druckgröße gestattet
es dem Nadelhalter 94 oder der Nadel 28 sich nach
vorne zu bewegen, so dass der vordere Abschnitt 100 des
Nadelhalters auf der Innenseite der Front 136 des Nadelhalters 88 anschlägt.
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Der
Ausblasdruck ist weiterhin ein Faktor, der in Zusammenhang mit dem
Anschlag 114 berücksichtigt
werden muss. Der Auspressdruck ist der Druck in der Kammer 130,
der durch eine Daumenkraft auf die Kappe 48 erzeugt wird
und auf die Querschnittsfläche
des Anschlages wirkt 114, der die Haltekraft überwindet,
wodurch der Anschlag 114 verfrüht aus der Öffnung 112 gelöst wird.
Das Verhältnis der
maximalen Querschnittsfläche über das
Innere der variablen Kammer 130 zur maximalen Querschnittsfläche des
Anschlages 114, die dem Druck in der Kammer 130 ausgesetzt
ist, und die Lösekraft, die
erforderlich ist, um den Anschlag 114 zu lösen, sind
derart gewählt,
dass die maximal zu erwartende Daumenkraft auf den Kolben 104 während einer
Injektion nicht bewirkt, dass der Anschlag herausgepresst wird.
Dennoch wird der Anschlag durch die Lösekraft auf den Kolben gelöst, sobald
die Vorderseite des Anschlages 114 den Rückziehmechanismus
berührt,
nachdem die Injektion beendet ist. Das erwähnte Verhältnis ist vorzugsweise nicht
geringer als etwa zwei zu eins, oder im besseren Fall etwa drei
zu eins oder mehr, wodurch eine Kraft von etwa 80,1 N (18 Pfund)
auf den Kolben beispielsweise eine druckerzeugte Kraft von lediglich
etwa 40,05 bzw. 26,7 N (neun oder sechs Pfund) auf den Anschlag
ausüben würde, so
dass der Anschlag auf einfache Weise vor dem Zurückziehen am Ende eines Injektionszyklus gelöst werden
kann, während
einer Injektion jedoch nicht herausgepresst wird.
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Der
Anschlag des geringeren Durchmessers gestattet die Verwendung des
Zwei- oder Dreifachens
der Daumenkraft während
eines Injektionszyklus, die erforderlich ist, um den Anschlag durch
eine direkte Einwirkung einer Kraft zu lösen.
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Unter
Bezugnahme auf 5 bis 7 werden
der Betrieb sowie weitere Merkmale der alternativen Ausführungsform
beschrieben. Die Spritze wird auf normale Weise verwendet, bis der
Kolben in die erste Position in 5 niedergedrückt wird,
was das Ende eine Injektionszyklus ist. Der Anschlag 114 hat ein
sich nach vorne erstreckendes Ende, das mit dem Kopf 102 des
Nadelhalters 94 in Berührung
kommt, um den Fluidweg 132 zu blockieren. Ein weiteres Niederdrücken des
Kolbens 104 in die Position von 6 löst den Anschlag 114 zum
Großteil
oder vollständig
und beginnt den Zylinder 84 am Übergangsbereich durch Gleitkontakt
zwischen dem Kopfabschnitt 106 und dem Vorsprung 124 aufzuspreizen. Der
Vorsprung 124 ist eine sehr kleine nach innen hervorstehende
ringförmige
Verdickung der Wand des Zylinders 86, die in unterschiedlicher
Gestalt ausgeführt
sein kann. Der Vorsprung 124 kann beispielsweise eine kleine
Kante 125 in der Wand sein, die sich vertikal nach unten
fortsetzt, wie es mit einer Punktlinie gekennzeichnet ist, die in 5 etwas stärker hervorgehoben
dargestellt ist.
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Der
Zylinder ist flexibel und wird in geringem Umfang nach außen in die
Position von 6 kurz vor dem Zurückziehen
aufgespreizt. Hier werden die Passflächen 126, 128 um ein Maß voneinander
getrennt, das die Klemmkraft auf den Nadelhalter verringert. Die
Aufspreizung, die in 6 gezeigt ist, ist aus Darstellungsgründen stark übertrieben.
Es wird geschätzt,
dass eine Ausdehnung von lediglich etwa 0,1016 mm (1/4000 Zoll)
ausreicht, um den Nadelhalter 94 aus der Verlängerung 88 zu
lösen.
Durch geringfügiges
weiters Niederdrücken
des Kolbens aus der Position von 6 in die
zurückgezogene
Position von 7, erfolgt das Zurückziehen,
wenn die Rückziehkraft,
die durch die Feder 96 aufgewendet wird, die verbleibende
Haltekraft auf den Nadelhalter 94 übersteigt. Der Nadelhalter 94 bewegt
sich anschließend
durch die Öffnung 112 in
den Hohlraum 108 zusammen mit einem Abschnitt der Feder 96. Die
entspannte Länge
der Feder 96 ist darauf ausgelegt, eine ausreichende Rückwärtsbewegung
auszuführen,
um eine Injektionsnadel 28 zurückzuziehen, die am vorderen
Abschnitt 94 angebracht ist um einen gelösten Anschlag 114 mit
sich zu tragen. Gleichzeitig tritt die Kappe 42 in die Öffnung 138 auf der
Rückseite
der Zylindererweiterung 54, wobei der Umfangsrand eng umschlossen
ist, um eine Wiederverwendung nach dem Zurückziehen zu verhindern, wobei
die Kappe nicht gegriffen werden kann.
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Die
Position und die Konfiguration des Vorsprungs 124 sind
derart gewählt,
dass ein Anwachsen der Kraft, die während des Rückziehvorgangs erforderlich
ist, zu verhindern. Der Großteil
des Anschlages 114 sollte durch den Daumendruck auf den Kolben 104 gelöst sein,
bevor sich ein deutlicher Widerstand entwickelt, wenn die schrägen Flächen 122 beginnen,
nach außen
gegen den Vorsprung 124 zu drücken. Die Wahl der Position
des Vorsprungs 124 und des Winkels der eingreifenden Oberflächen ermöglicht eine
relativ sanfte gleichförmige
Kraft, da die Lösekraft
fortwährend
abnimmt, wenn der Gleitbereich 116, 118 zwischen
dem Kolben und dem Anschlag linear abnimmt. Da der Vorsprung 124 relativ klein
ist, ist es weiterhin möglich,
einen abgestuften gegossenen Kern von der Rückseite des Außenkörpers 84 zu
entfernen. Alternativ dazu kann der Vorsprung 124 die Kante 125 mit
dem geringeren Durchmesser sein, die hinterschnittene Winkel vermeidet, wodurch
ein Widerstand gegen des Entfernen des gegossenen Kerns auftreten
kann. Nach dem Zurückziehen
kann auf die Rückseite
des Kolbens nicht zurückgegriffen
werden, wobei es keine Möglichkeit gibt,
den Anschlag oder den Nadelhalter zu erreichen, um diese für eine Wiederverwendung
erneut zu installieren.
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Bei
der Verwendung zeigen sich viele Vorteile der hier beschriebenen
verbesserten Kombination. Der Durchmesser des Anschlages bei beiden
Ausführungsformen
wie auch das gleitende Halteringelement in der ersten Ausführungsform
im Bezug auf den Durchmesser der Fluidkammer machen es möglich, eine
Spritze zu erzeugen, die einem hohen Auspressdruck widersteht. Durch
Minimieren der wirksamen Querschnittsfläche, die während einer Injektion dem Druckfluid
ausgesetzt ist, widersteht die Spritze einer Injektionsdaumenkraft
von etwa 66,7 bis 81,1 N (15 bis 16 Pfund) während einer Injektion und zieht sich
in Abhängigkeit
einer geringen Kraft von 22,25 bis 26,7 N (fünf bis sechs Pfund) auf den
Kolben zurück,
sobald das Injektionsfluid injiziert wurde. Sobald das Injektionsfluid
injiziert wurde, wird ein Anwachsen der Kraft, die erforderlich
ist, um gleichzeitig den Rückziehmechanismus
zu betätigen,
vermieden. Zuerst wird der Anschlag zurückbewegt und dann der Nadelhalter
gelöst.
Durch Verringern des Durchmessers der Spritze in der Nähe des Übergangsbereiches,
wo die Verlängerung
beginnt, macht es eine Verkleinerung möglich, dass der Nadelhalter
kleiner ist, wodurch es ihm wiederum gestattet ist, in eine kleinere Öffnung mit
einem kleineren Anschlag im Rückziehhohlraum
des hohlen Kolbens zu passen.
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Es
muss ein Unterdruck erzeugt werden, um die Spritze zu füllen. Das
Ringelement oder der Nadelhalter, wie auch immer es der Fall sein
mag, muss die vordere Verlängerung
des Spritzenkörpers
abdichten, weil andernfalls der Unterdruck verloren gehen könnte und
Fluid in den Federbereich eindringen und an der Vorderseite austreten
könnte.
Der hohle Außenkörper und
der Spritzenkolben bestehen vorzugsweise aus einem herkömmlichen
Kunststoffmaterial, das für
Spritzen verwendet wird und eine gewisse Flexibilität hat. Die
Toleranzen der Durchmesser der zueinander passenden zugewandten
Oberflächen
zwischen dem Kopf des Nadelhalters und dem Zylinder sowie zwischen
dem Anschlag und dem Kopf das Kolbens sind nicht von Bedeutung,
um eine beständige
Halte- und Lösekraft
zu beizubehalten. Es wird davon ausgegangen, das dies der Fall ist,
da die zunehmende wechselseitige Passung die Reibungshaltekraft
lediglich bis zu einem Punkt erhöht
und sich anschließend
die umgebende Wand einfach geringfügig ausdehnt, oder die inneren
Bauteile geringfügig
zusammengepresst werden, ohne dass die Kraft in Längsrichtung
zunimmt, die erforderlich ist, das Halteelement oder das Steckerelement
in Rückziehrichtung
zu bewegen. Dies ist ein wünschenswerter,
sich selbst justierender Mechanismus, der hinsichtlich der Kosten
und der Qualität
Vorteile bei der Herstellung der Bauteile bietet. Es wird davon
ausgegangen, das ein Kunststoffhalteelement verwendet werden kann
und damit dieselbe sich selbst begrenzende Haltekraft erreicht werden
kann.
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Im
besten Fall sind der Anschlag und das Ringelement vorzugsweise aus
einem thermoplastischen Gummimaterial, gekennzeichnet mit der Nummer
181-55, von Advanced Elastomer Systems, 540 Maryville Centra Drive,
St. Louis, Missouri ausgebildet, das unter dem Handelsnamen Santropene® verkauft
wird. Ihm wird eine charakteristische Härte von etwa 55 auf der Shore
A Härtskala
zugeschrieben, wodurch der passenden Widerstand gegen Kompression,
ein derartiger Fluidwiderstand, dass das Material nicht quillt,
wenn es mit den meisten Fluids in Berührung kommt, eine Stabilität gegen äußere Einflüsse, so
dass die Reibungs- und Dichtungseigenschaften nicht temperaturempfindlich
sind, eine gute Beibehaltung der Eigenschaften nach dem Altern und
eine exzellente Beibehaltung der Eigenschaften nach der Sterilisation
durch alle zulässigen Verfahren
geboten ist. Die Kolbendichtung um den Kopf des Kolbens ist herkömmlicher
Art.
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Es
gibt wenige Bauteile, die auf einfache Weise durch Massenproduktion
hergestellt werden können.
Die alternative Ausführungsform
verfügt über die
geringste Zahl separater Bauteile einer nicht wiederverwendbaren
zurückziehbaren
Spritze.
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Der
Kolben hat einen einstückigen
hohlen Außenkörper mit
einem Übergangsbereich
und einem schmalen Verlängerungsabschnitt.
Der Innendruchmesser ist auf größere Durchmesser
von vorne nach hinten abgestuft, um ein Gießen um einen nicht kollabierenden
zu ermöglichen,
der von der Rückseite
her herausgezogen werden kann. Dasselbe trifft für den Kolben zu.
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Der
Zusammenbau wird stark vereinfacht und kann durch mechanische Vorrichtungen
mit hoher Geschwindigkeit erfolgen. Der Nadelhalter und die Feder
können
von der Hinterseite des Zylinders ohne die Nadel installiert werden.
Bei der ersten Ausführungsform
wird das Halteelement auf dem Innenkopf des Nadelhalters durch Presspassung
gehalten, und die Anordnung wird zusammen mit der entspannten Feder
nach vorne geschoben und durch einen Gleiteingriff der zusammenwirkenden
nach innen und nach außen
gewandten Oberflächen
gehalten, während
die Feder zusammengedrückt
wird. Die Vorderseite des Nadelhalters verläuft durch eine Öffnung in
der Verlängerung,
wodurch es vereinfacht wird, die Nadel von vorne mit Hilfe herkömmlicher
Einrichtungen anzubringen. Die alternative Ausführungsform wird in derselben
Weise installiert, mit der Ausnahme, dass es kein trennbares Halteelement
um den Kopf des Nadelhalters gibt.
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Die
schmale Verlängerung
bietet einen speziellen Vorteil für den mechanisierten Zusammenbau. Die
Verlängerung
hat eine Wand, die einen länglichen
Innenhohlraum ausbildet, der die Kombination aus Feder und Nadelhalter
eng umschließt.
Während der
Installation dient dieser Hohlraum als Führung, um den Nadelhalter und
die entspannte Feder in einen zusammengedrückten Zustand zu führen. Dadurch
wird ein wichtiges Problem beim Zusammenbau gelöst. Sofern ein großer seitlicher
Zwischenraum in der Verlängerung
um die Feder besteht, wenn die entspannte Feder zusammengedrückt wird, ist
diese eine seitlich instabile Säule,
die sich zur Seite biegt und ausbaucht, wodurch ein Verhaken auftritt.
Es wird darauf hingewiesen, dass abgerundete Kanten am Boden des
Schlitzes direkt unter dem Halteelement 66 den Eintritt
des Endes der Feder weiter vereinfachen würden.
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Der
Anschlag kann ebenfalls von der Rückseite des Kolbens installiert
werden, indem er nach vorne geschoben wird, bis die zusammenwirkenden Bünde zum
Gleiteingriff kommen. Anschließend
wird das Stopfenelement 50 durch Pressung eingepasst oder
anderweitig in der Öffnung
auf der Rückseite des
Kolbens befestigt und der Kolben im Außenkörper installiert. Es ist nicht
erforderlich zu versuchen, die spitze Nadel durch einen länglichen
Körper
mit verengten Öffnung
zu führen,
wobei eine geringe Fehlausrichtung zu einem Verhaken führen kann. Der
Kopf des Nadelhalters wirkt gleichzeitig als Dichtung wie auch als
Haltevorrichtung, so dass keine Dichtung an der Spitze der Verlängerung
und keine Ultraschallverschweißung
separater Bauteile erforderlich ist.
-
Es
ist nicht erforderlich innere Verriegelungszähne beliebiger Art zu verwenden.
Es sind keine Verriegelungszähne
notwendig, um den Rückziehmechanismus
zu halten oder den Kolben nach dem Zurückziehen zu verriegeln. Verriegelungszähne führen zu
schwierigen Problemen beim Spritzgießen und bei der Qualitätskontrolle,
neigen dazu, temperaturempfindlich zu sein und erfordern einen Zylinder größeren Durchmessers,
der Probleme des vorzeitigen Auspressens verstärkt. Zusätzlich zur Nicht-Wiederverwendbarkeit,
die durch die Trennung des Halterings vom Kopf des Nadelhalters
und das Lösen des
Anschlages erzeugt wird, ist der Kolben nach dem Zurückziehen
nicht erreichbar, da er in eine Öffnung
auf der Rückseite
des Außenkörpers gedrückt ist.
Dieses zusätzliche
Merkmal der Nicht-Wiederverwendbarkeit
wird mit einem einstückigen
Körper
bereitgestellt, ohne dass irgend etwas eingehakt oder gedreht werden
muss. Der einfach hergestellte und der durch Presspassung angebrachte
Stopfen auf der Rückseite
des Rückziehholraums
verhindert den Zugriff auf die zurückgezogenen Bestandteile. Die Regierung
der Vereinigten Staaten hat Rechte an der Erfindung nach 35 U.S.C. §203. Die
Regierung der Vereinigten Staaten hat eine nicht exklusive, nicht übertragbare
unwiderrufbare, bezahlte Lizenz an der Erfindung.