带弹簧的振荡-旋转液体分配装置及相关联的方法与流程

1.本发明涉及一种振荡-旋转容积子总成以及一种用于容积泵送流体的装置。
现有技术
2.使用容积泵送装置来输送(注射、输注、口服、喷雾)流体和/或粉末是已知的，特别是用于医疗、美容、兽医或食品应用。特定地，在医疗领域，不同的机械或机电系统是已知的，子总成，诸如“注射泵”、“筒式泵装置”、蠕动泵、活塞泵、旋转泵。在由马达致动的泵的情况下，无论是线性的还是旋转的，当流体以高速和高压(也就是说高于4巴)传送时，这需要使用马达，马达允许人们以高速操作并且能够提供强力或大的扭矩。
3.在该领域中，申请ep1803934是已知的，其涉及一种泵，所述泵包括：定子；转子，所述转子包括至少部分地在定子的转子室中滑动并旋转的轴向延伸部；以及至少第一阀和第二阀，所述至少第一阀和第二阀分别在入口与转子室之间以及在转子室与出口之间，所述至少第一阀和第二阀至少根据转子的角运动而打开和关闭。所述泵包括在转子和定子上相互作用的凸轮元件和作用在转子上的偏压构件，以便在定子凸轮元件的轴向方向上向转子施加力。
4.该现有技术对于减小集成在便携式装置中的振荡-旋转泵马达的尺寸来说表现得不够先进。
5.同样已知的是专利ep3025058a1，其描述了一种用于容积泵送流体的振荡-旋转子总成，其包括限定空腔的中空主体，两根导管穿过该空腔的壁，活塞与所述空腔一起限定工作室并且包括纵向通向所述工作室的凹槽开口，所述活塞可成角度地移动以便使所述工作室与所述导管中的一根流体连通，然后不流体连通，然后与所述导管中的另一根流体连通，并且交替地纵向平移以改变所述工作室的容积，然后连续地输送所述流体，所述活塞承载由至少一个密封环、密封半环和将所述密封环纵向连接到所述密封半环的至少一个密封条形成的密封垫圈。
6.尽管这种泵可以设计成小排量，并且可以承受高压，但是当人们希望快速施用流体时，必须使用非常高的马达转速。此外，为了实现该转速，马达的加速时间相对于泵输送的流体剂量的喷射持续时间是不可忽略的。结果是喷射速度在给药过程中不是恒定的。这导致用于集成在便携式装置中的马达尺寸相对较大。
7.同样已知的是专利ep2962714，其描述了一种使用偏心凸轮元件的微型泵，该偏心凸轮元件在泵壳中转动，以便依序打开和关闭泵壳中的阀，从而从贮存器中抽取流体，并将测量量的流体提供到套管孔，以用于对患者给药。所述微型泵可以用于一次性泵中以连续灌注诸如胰岛素的药物。
8.在活塞的完整旋转期间，偏心凸轮依序偏置每个阀致动器。这种现有技术对于用小尺寸马达进行液体的脉冲施用来说表现得不够先进。此外，由阀弹簧施加在密封垫圈上的回复力必须足够大，以便确保阀致动器在微型泵的操作压力下不会打开。
9.用于输送(注射、输注、口服、喷雾)流体和/或粉末的容积泵送装置的其他示例也
在文件de202004 018603、de1936358、fr1416519、wo2015/011384、us1866217、us2005/132879、us4850824、fr940128和fr1463091中进行了说明。


技术实现要素：

10.开发本发明是为了解决上述问题，特别是能够确保在可能小于100ms的持续时间内以恒定速度喷射产品，同时减小振荡-旋转泵马达的尺寸以便减小它们的空间需求，并且确保最终装置的小型化。事实上，致动根据本发明的类型的装置所需的扭矩很大，并且需要使用通常体积庞大的马达，所述马达具有高能耗，并且因此限制了小型化。
11.因此，本发明涉及一种用于分配液体形式的产品的装置，所述装置包括固定部分和可移动部分，所述固定部分包括摄入孔、输送孔、包括所述孔通向其中的空腔的主体，所述空腔能够部分地容纳移动部分，在空腔的表面与移动部分之间形成的容积限定排空室，移动部分能够部分地在固定部分的空腔中移动并且包括活塞、活塞驱动元件、轴向弹簧、沿着活塞的圆周延伸的导管，所述导管一方面允许有允许在排空室与所述孔中的仅一个之间流体连通的位置，并且另一方面允许有在排空室和所述孔中的每一个之间的所有流体连通被禁止的切换位置，根据本发明的装置包括凸轮，所述凸轮能够将驱动元件的旋转转换成活塞的振荡-旋转移动，其特征在于，轴向弹簧能够在液体摄入阶段期间吸收能量并在液体输送阶段期间恢复能量，所述弹簧围绕活塞定位，所述活塞在位于主体的空腔中的移动部分上。
12.优选地，本发明中使用的轴向弹簧是螺旋弹簧，以便帮助马达增加在输送阶段期间提供的扭矩。优选地，螺旋弹簧可以脱离马达的作用。有利地，螺旋弹簧允许简化组装。
13.在本发明中，沿着活塞的圆周延伸的导管由密封唇缘界定，以确保活塞与装置的主体之间以及不同流体循环区之间的流体密封性。
14.优选地，所述导管包括在输送阶段期间将输送孔连接到排空室的输送凹槽和在摄入阶段期间将摄入孔连接到排空室的摄入凹槽，所述凹槽被实施为在旋转期间交替地使所述孔中的一个、摄入孔或输送孔与排空室流体连通，或者禁止所述孔与排空室之间的任何流体连通。
15.在本发明的一个实施方案中，摄入凹槽呈形成角度α的螺旋内螺纹的形式，所述角度α优选地等于凸轮的倾斜角，以便减小死区容积。
16.优选地，输送凹槽在与凸轮支座的轴线共线的轴线上延伸，并且与活塞的纵向轴线形成角度β，使得0
°
≤β≤70
°
，这是为了在输送步骤期间优化装置的操作。
17.同样优选地，角度β是0
°
角。
18.在另一个实施方案中，摄入孔和输送孔在垂直于活塞(22)的纵向轴线的平面上以170
°
与190
°
之间的角度成角度地分开，以便简化密封垫圈的设计，从而考虑到了其最佳成型性。优选地，摄入孔和输送孔在该同一平面上相对于彼此基本上成180
°
。
19.本发明还涉及一种用于施用流体的方法，其包括四个连续的步骤。在第一摄入步骤期间，根据本发明的装置被致动以驱动凸轮的旋转，以便获得活塞的振荡-旋转移动，并且在所述振荡-旋转移动期间，摄入孔与导管连通，并且输送孔被覆盖，以便获得排空室的填充以及凸轮与弹簧支撑件之间的轴向弹簧的压缩。在第一中间步骤期间，也称为最大切换步骤，在摄入步骤之后，两个孔，即摄入孔和输送孔，被覆盖并且不连通，并且在此期间，
排空室处于其最大容积。在第三输送步骤期间，轴向弹簧被解压缩，以便使活塞平移，从而通过与输送孔流体连通的输送凹槽排空所述排空室。在第二中间步骤(也称为最小切换步骤)期间，两个孔，即摄入孔和输送孔，被覆盖并且不连通，并且活塞在固定部分的主体的空腔中处于冲程的末端，并且轴向弹簧被释放。
20.优选地，凸轮支座的高度是可调节的，以便改变通过输送孔从排空室喷射的液体量。这使得改变振幅和调节最大容积成为可能。
21.本发明还涉及包含这里描述的装置或使用这里描述的用于施用液体的方法的任何医疗设备。
22.本发明还涉及包括流体回路和根据本发明的分配装置的流体筒。
23.定义
24.在本发明中，以下术语定义如下：
25.‑“
内螺纹角α”涉及螺旋摄入凹槽相对于活塞轴线的倾斜度。
26.‑“
导管”指示液体行进的路径；在优选实施方案中，其包括具有螺旋内螺纹形式的摄入凹槽以及输送凹槽，这两个凹槽位于活塞的周边上。
[0027]-在本发明的上下文中，“基本上”意指在与测量值的工具的精度相对应的误差范围内。
[0028]
‑“
流体”，在本发明中，流体是气体或液体，优选是液体。
[0029]“筒”，能够包括流体分配装置的可拆卸壳。
附图说明
[0030]
图1是根据本发明的装置的纵向截面图，其中活塞在固定部分的主体的空腔中处于冲程的末端，腔室被排空，并且轴向弹簧被释放(最小切换步骤)。
[0031]
图2是根据本发明的装置的透视图，其中活塞在固定部分的主体的空腔中处于冲程的末端，腔室被排空并且轴向弹簧被释放(最小切换步骤)。固定部分的凸轮支撑件未示出。
[0032]
图3是当活塞处于冲程的末端并且排空室被排空时(最小切换步骤)由固定部分的主体、凸轮、活塞、弹簧、密封垫圈和孔组成的总成的纵向截面图。
[0033]
图4是当活塞处于冲程的末端并且排空室被排空时(最小切换步骤)，由凸轮、活塞、密封垫圈和导管组成的总成的前视图。
[0034]
图5是图4所示的总成的透视图，其中排空室填充有液体产品。该图是由凸轮、活塞、密封垫圈和导管组成的总成的透视图。
[0035]
图7a、图7b、图7c和图7d示出了由密封垫圈和密封唇缘限定的圆柱形周边表面的展开。这四个图示出了在装置的四个操作步骤期间根据摄入凹槽和输送凹槽的变化而变化的摄入孔和输送孔的配置。
[0036]
图6是根据本发明的装置的纵向截面图，其中排空室填充有液体，并且轴向弹簧被压缩。
[0037]
图7e、图7f、图7g和图7h示出了凸轮外周表面的展开。这四个图示出了在装置的四个操作步骤期间根据凸轮支撑件的变化而变化的凸轮的配置。
[0038]
图8a至图8d是包括活塞的端部和密封垫圈的总成的前视图，示出了在移动部分的
完整旋转期间总成的四种不同配置，其中输送孔以投影图表示。
[0039]
图8e至图8h是包括活塞的端部和密封垫圈的总成的前视图，它们分别示出了与图8a至图8d所示相对的侧，其中摄入孔以投影图表示。
具体实施方式
[0040]
本发明涉及一种用于分配液体产品的装置，通过阅读下面的附图将会更好地理解本发明，这些附图是说明性的，没有任何限制本发明的意图。
[0041]
如图1所详述的，固定部分1的主体13是中空的，并且包括具有纵向轴线(a)和不同直径的至少两个圆柱形空腔151、152，这两个空腔通过肩部18彼此连接并且彼此连通，从而限定能够容纳移动部分2的空腔15。大直径的圆柱形空腔152与外部以及小直径的圆柱形空腔151连通；该空腔被配置为部分容纳弹簧支撑件16，并完全容纳螺旋弹簧23和凸轮25。应当注意，螺旋弹簧23的线圈缠绕在移动部分2上；该弹簧搁置在弹簧支撑件16上，该弹簧支撑件在摄入阶段期间约束该弹簧。弹簧23的释放使得可以向马达提供额外的能量来移动活塞22，以便将排空室27排空。
[0042]
如图1中可见，弹簧23围绕活塞22定位。使弹簧围绕活塞22为装置提供了增强的稳定性。事实上，取决于所选弹簧23的尺寸和刚度，可以在弹簧23的压缩期间观察到其屈曲现象。以活塞22为中心使得可以避免这个问题。有利地，这种配置还允许通过利用弹簧支撑件16(泵体)与活塞22之间的支承面的存在来简化组装并且变得更紧凑。弹簧23以活塞22为中心还具有其他优点，诸如构件的放置和居中用于减小支承面的弹簧23之间的摩擦力。通常，弹簧23在轴向位置的居中允许活塞22上的机械应力的分布更好。
[0043]
在优选实施方案中，弹簧的释放使得可以提供移动活塞所需的能量，以便将排空室27排空。在图1中，这使得可以移动活塞22并且将排空室27排空。这使得可以减小后者的必要扭矩，从而减小其尺寸和空间需求。
[0044]
此外，凸轮25包括能够在固定部分1的凸轮支撑件14上滑动的倾斜斜坡251。小直径圆柱形空腔151具有与大直径圆柱形空腔152连通的端部以及封闭端部。圆柱形空腔151旨在部分地容纳活塞22。活塞与小直径圆柱形空腔151之间的密封由活塞密封垫圈29提供。圆柱形空腔152可以具有例如可变的直径，以便适应弹簧支撑件16和活塞驱动元件21。
[0045]
参考图2，活塞驱动元件21是具有纵向轴线a的圆柱体，具有适于容纳马达的形式，包括例如平坦部段和圆柱形空腔；其经由连接构件30连接到移动部分2；所述连接构件30可以是与位于活塞22中的相应凹部互补的任何形式；例如，可以考虑平的或十字形的形式。活塞驱动元件21可以优选地由马达驱动，但是可以考虑用于提供机械能的任何其他构件。规定该元件优选地由马达驱动，但是也可以考虑提供机械能的任何其他构件，需要记住的是，轴向弹簧的存在将使得可以减少所需的能量贡献。这在用于提供能量的构件具有足够的冲量的情况下是适用的。
[0046]
参考图3，密封垫圈29和导管24被实施为交替地(也就是说在可能具有中间步骤的情况下连续地一个接一个地)使孔中的一个(即摄入孔11或输送孔12)分别与排空室流体连通，或者禁止摄入孔11或输送孔12分别与排空室27之间的任何连通。在图3所示的示例中，输送孔12与排空室27流体连通。排空室27与摄入孔11之间的连通被禁止。更具体地，导管24(在图4中可见)和密封垫29的配置允许在摄入步骤和输送步骤期间在孔中的一个(即，摄入
孔11或输送孔12)与排空室之间流体连通；这分别在图7a和图7c中示出。根据本发明的这种配置在中间步骤(也称为切换步骤，如图7b和图7d所示)期间禁止摄入孔11和输送孔12分别与排空室27之间的任何流体连通。
[0047]
如图1至图3所示，空腔15与上游流体回路和下游流体回路流体连通，并经由通向主体13的外表面并具有垂直于轴线a的对称轴线的摄入孔11和输送孔12与外部连通。两个孔中的每一个(即入口孔11和输送孔12)分别具有在圆柱形空腔151内部开口的小直径圆柱形部分和在主体13外部开口的较大直径的部分。在所示的示例中，输送孔12的大直径部分因此具有截头圆锥形形状，而摄入孔11的小直径部分具有圆柱形形状。摄入孔11的轴线和输送孔12的轴线可以相对于轴线a纵向偏移，并沿着垂直于轴线a的平面成角度地偏移。在图1和图3所示的示例中，摄入孔11和输送孔12相对于轴线a纵向偏移，并且沿着垂直于轴线a的平面彼此偏移180
°
角。在替代实施方案(未示出)中，两个孔(即摄入孔11和输送孔12)彼此偏移0
°
角。在另一替代实施方案中，它们不相对于彼此纵向偏移。
[0048]
如图4所详述的，活塞22的直径略小于圆柱形空腔151的直径，活塞22与固定部分1的主体之间的密封由定位在活塞22的端部上的密封垫圈29的压缩提供。具体地，密封垫圈29具有大致圆柱形形状；所述垫圈的内表面与活塞22的外表面紧密接触，并且所述垫圈的外表面设置有密封唇缘26，所述密封唇缘旨在压靠在圆柱形空腔151的表面上，以便确保导管和腔室的流体密封性。
[0049]
如图4和图5所示，所述密封唇缘26限定具有不同深度的多个通道，即一个端部通向排空室27的至少一个第一通道、与所述第一通道流体连接的至少一个第二通道，以及附加的非连通通道，所述附加的非连通通道不与排空室27连通并且其深度优选地小于第一通道和第二通道的深度，以便最小化死区容积。如图4所示，通向排空室27的第一通道对应于输送凹槽241，与所述第一通道流体连接的通道对应于摄入凹槽242，并且所述第一通道和第二通道在垫圈的圆周上形成导管24。
[0050]
应注意，导管24完全布置在垫圈的圆周上，且尤其不包含活塞22内部的部分。如图4和图7a至图7d所示，密封唇缘26还限定附加的非连通通道，所述附加的非连通通道的深度小于输送凹槽和摄入凹槽的深度并围绕密封垫圈29延伸，以便在孔(摄入孔11或输送孔12)中的一个面对导管24的输送凹槽241或摄入凹槽242或面对另一个附加通道时面对孔12、11中的另一个。
[0051]
更具体地，在图7a所示的装置的操作步骤期间，摄入孔11面向摄入凹槽242，而输送孔12位于不与排空室27连通的所述附加通道中的一个中。在图7b所示的第二操作步骤中，两个孔(即摄入孔11和输送孔12)位于不与排空室27连通的附加通道中。在图7c所表示的装置的第三操作步骤中，输送孔12面向输送凹槽241，摄入孔11位于不与排空室27连通的附加通道中。有利地，输送凹槽241和摄入凹槽的宽度远大于摄入孔和输送孔242的直径。在图7d中，如同在图7c中，一个孔被覆盖，而另一个孔在凹槽241中。
[0052]
包括在密封垫圈29上并由密封唇缘26界定的导管24包括与轴线a形成0
°
到70
°
之间的角度β的输送凹槽241和例如呈螺旋内螺纹形式的摄入凹槽242，所述摄入凹槽相对于轴线a形成角度α。角度β在图4中限定且优选是0
°
角，并且角度α与凸轮25的倾斜角相同。在这种配置中(如图4所示)，输送凹槽241平行于轴线a，并在凸轮支座28的共线平面内所包括的方向上延伸。在未表示的替代实施方案中，输送凹槽241和凸轮支座28与轴线a形成角度
β，该角度β在0
°
与70
°
之间，但不等于0
°
。优选地，输送凹槽241在平行于凸轮支座28的延伸方向的方向上延伸。在这种情况下，弹簧可以为马达提供额外的能量。
[0053]
参考图5，活塞22的自由端部在空腔151中的位置限定具有圆柱形形状和可变容积的排空室27。排空室27的容积由空腔151的内部容积限定，从所述空腔的封闭端部延伸到平坦的圆形表面，该圆形表面是活塞22的自由端部的一部分。当活塞22处于其低位时，弹簧23被压缩，排空室27处于其最大容积(图5和图6中可见的配置)，而当活塞22处于其高位时，弹簧处于其释放位置，因为它以减小的应力返回到其初始位置，排空室处于其最小容积(图1至图4中可见的配置)，并且液体已经被排出。
[0054]
如图1、图4和图5所详述的，凸轮25包括能够在凸轮支撑件14(图1)上滑动的倾斜斜坡251(图4和图5)，以及台阶形式的凸轮支座28，该凸轮支座包括相对于轴线a的径向表面并由与凸轮25的倾斜斜坡251共用的两个平行侧面281和282界定。特定地，参考图4和图5，侧面281将凸轮支座28连接到倾斜斜坡251的高部，侧面282将凸轮支座28连接到倾斜斜坡251的低部。在实践中，每个侧面281、282是由凸轮支座28与倾斜斜坡251相交形成的二面角的边缘。
[0055]
应注意，密封垫圈29可以例如通过包覆成型在活塞22上来制造，或者独立于活塞制造并组装在其上。密封垫圈29围绕活塞22的端部定位，该活塞能够在空腔151中移动。
[0056]
如图7e、图7f、图7g和图7h所示，限定倾斜斜坡251的起点和终点的上部和下部垂直于轴线a。因此，凸轮支座28与倾斜斜坡251的上部或下部相交形成的二面角是90
°
的直角。凸轮支座28的存在防止了移动部分的旋转方向的逆转。在未表示的替代实施方案中，凸轮支座28包括相对于活塞轴线的非径向表面，该非径向表面以相对于活塞轴线成不同于90
°
的角度将倾斜斜坡251的上部连接到下部。在该替代实施方案中，输送凹槽241相对于活塞的轴线倾斜0
°
(不包括)到70
°
之间的角度β，同时与凸轮支座28和所述轴线形成的角度相同。
[0057]
图7a至图7d示出了由密封垫圈29限定的圆柱体的侧表面的展开；摄入孔11和输送孔12的小直径部分以投影在平面上的视图表示。
[0058]
图7e至图7h示出了凸轮25的外表面的展开；凸轮支撑件14以投影在平面上的视图表示。为了简化和便于理解图示，示出了凸轮支撑件14的简化表示。
[0059]
根据优选实施方案的装置的操作模式如下：
[0060]
在摄入步骤期间，马达驱动凸轮25几乎完全旋转，以便获得活塞22在空腔15中的振荡-旋转移动；在振荡-旋转移动期间，活塞22从高位置移动到低位置(图5)，在高位置，排空室具有最小容积的液体(图1至图3)，在低位置，排空室27充满液体。
[0061]
由凸轮支座28限定的台阶可以替代地具有可由销调节的位置，该销能够将动能传递给活塞。在摄入步骤开始与输送步骤结束之间，凸轮25已经进行了360
°
的完整旋转。
[0062]
在输送步骤期间，轴向弹簧23的脉动解压缩驱动活塞22从低位置(图5和图6)平移到高位置(图1至图4)，在低位置，排空室27适于填充液体，在高位置，排空室27适于排空液体。
[0063]
如图7c所示，在输送步骤期间，摄入孔11被覆盖在不与排空室27连通的附加通道中，并且输送孔12与输送凹槽241流体连通，该输送凹槽相对于轴线a是纵向的或者以0
°
到70
°
之间的角度β倾斜；在图7a至图7d和图8a至图8d所示的示例中，角度β是0
°
角。图8a、图
8b、图8g、图8h示出了其中摄入孔11或输送孔12被覆盖在不与排空室连通的附加通道中的配置的示例。应注意，非连通的附加通道专门用于在中间步骤(也称为最小切换步骤和最大切换步骤)期间提供摄入孔11或输送孔12的密封和关闭。
[0064]
附图标记
[0065]
1:固定部分
[0066]
11:摄入孔
[0067]
12:输送孔
[0068]
13:主体
[0069]
14:凸轮支撑件
[0070]
15:空腔
[0071]
151、152:圆柱形空腔
[0072]
16:弹簧支撑件
[0073]
18:肩部
[0074]
2:移动部分
[0075]
21:活塞驱动元件
[0076]
22:活塞
[0077]
23:轴向弹簧
[0078]
24:导管
[0079]
241:输送凹槽
[0080]
242:摄入凹槽
[0081]
25:凸轮
[0082]
251:倾斜斜坡
[0083]
26:密封唇缘
[0084]
27:排空室
[0085]
28:凸轮支座
[0086]
281、282:凸轮支座的侧面
[0087]
29:密封垫圈
[0088]
30:连接构件
[0089]
a:活塞的轴线
[0090]
d:装置
[0091]
α:螺旋摄入凹槽相对于活塞的纵向轴线的倾斜角
[0092]
β:输送凹槽相对于活塞的纵向轴线的倾斜角