CN103206363A - 微型定量供给泵和用于制造微型定量供给泵的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型定量供给泵和一种它的制造方法，该泵包括带有泵室的泵室基底，设置在泵室基底一侧上的柔性的膜，它流体密封地覆盖泵室，设置在泵室基底的第二侧上的至少一个流体管路，使得流体可以流入和流出泵室，带有至少一个流体通流孔的可转动的阀盘，它布置在泵室内并且被设计成用于通过转动来封闭流体管路和经由流体通流孔来打开流体管路，永久磁化的或可磁化的致动器盘，它经至少一个弹簧弹性的元件与阀盘这样地耦合，使得致动器盘的转动导致阀盘的转动，其中，弹簧弹性的元件将阀盘和致动器盘相互顶开，带有磁性的泵柱塞杆的、用于使膜运动以吸入或排出流体的驱动单元，其设计成用于转动永久磁化的或可磁化的致动器盘。

Description

微型定量供给泵和用于制造微型定量供给泵的方法

技术领域

本发明涉及一种微型定量供给泵（微型剂量泵）和一种用于制造微型定量供给泵的方法。

背景技术

如果必须同时满足对微型定量供给泵的自身安全功能的高要求，那么在制造中微型定量供给泵常常是成本高和昂贵的。例如对于胰岛素泵而言必须保证在任何情况下都不能发生无意的胰岛素给药，因为这对于患者来说可能具有严重的健康后果。因此，在此处，在任何情况下都必须保证要求的剂量的高精度的给药。

尽管EP1966490B1中的基于压铸部件的改型轴向柱塞泵承诺在相对较低的制造成本下满足所有安全特征，但是在此处微型化程度受到一定的限制，因为它涉及3D单独部件的三维设置，这些3D单独部件例如也必须在侧边处被三维地结构化。需要的制造公差在此处涉及一定的最小尺寸，并且柱塞需要最小长度，用于正常运行的柱塞导向。

发明内容

按照本发明提供一种具有权利要求1的特征的微型定量供给泵和一种具有权利要求14的特征的用于制造微型定量供给泵的方法。

与此相应地提供：

一种微型定量供给泵，包括带有泵室的泵室基底，包括柔性的膜，它这样地设置在泵室基底的一侧上，使得它流体密封地覆盖泵室，包括至少一个流体管路，该流体管路这样地设置在泵室基底的第二侧上，使得流体可以流入和流出泵室，包括带有至少一个流体通流孔的可转动的阀盘，它布置在泵室内并且被设计成用于通过转动来封闭流体管路和经由流体通流孔来打开流体管路，包括部分地永久磁化的或可磁化的致动器盘，它经至少一个弹簧弹性的元件与阀盘这样地耦合，使得致动器盘的转动导致阀盘的转动，其中，弹簧弹性的元件将阀盘和致动器盘相互顶开，包括带有磁性的泵柱塞杆（泵挺杆）的驱动单元，它设计成用于使膜运动，以便吸入或排出流体，并且设计成用于转动永久磁化的或可磁化的致动器盘。

此外提供一种用于制造按照本发明的微型定量供给泵的方法，包括以下方法步骤：（A）提供带有泵室的泵室基底；（B）在泵室中设置阀盘和致动器盘；（C）这样地产生一个磁场，使得阀盘和致动器盘被拉入泵室中并且被固定在那里；（D）将膜与泵室基底相连接。

本发明的优点

本发明提供一种微型定量供给泵，其构造成平面式构件。膜，阀盘和致动器盘基本上是扁平地构造的。因此该微型定量供给泵可以设计得特别扁平和微型化。按照本发明，在泵室基底中的至少一个流体管路可以主动地通过阀盘的转动来关闭或打开。通过该主动的控制，按照本发明的微型定量供给泵可以实现高的吸入压力和排出压力。此外按照本发明的微型定量供给泵由于有可控制的阀盘而可以容忍气泡。

按照本发明的微型定量供给泵特别适用于可靠地计量和输送小的液体量（0.01-100μL/分钟），例如在药物剂量中，尤其是在胰岛素泵中的胰岛素的药物配剂中。特别优选地，按照本发明的微型定量供给泵被应用于胰岛素棒中，即一种铅笔大小的医疗仪，其在胰岛素强化治疗中使用。

当微型定量供给泵应该将流体吸入泵室中时，由于有弹簧弹性的元件，致动器盘能够特别好地将膜片迅速地再次从下部的位置上升起。这使得主动的并且快速的吸入成为可能，尽管泵柱塞杆不与膜处于固定的连接中。由于阀盘基于弹簧弹性的元件的原因被始终有力地压向泵室的底部，因此它可以非常好地密封至少一个流体管路。

在按照本发明的微型定量供给泵的结构中，不需要任何用于密封流体管路的磨削的密封唇。此外，与具有可活动的柱塞的泵相比较，该柱塞在保持完全密封的作用下必须同时地上下运动并且也还要旋转地运动，按照本发明的微型定量供给泵没有任何密封和磨损问题。

泵柱塞杆最好具有磁体并且在一个合适的、所谓的相（Phase）上周期性地在垂直方向上偏移，从而容积量被按顺序地排挤出并且再次吸入。该相在驱动单元中设置。按照本发明，通过转动致动器盘来控制泵室中的流体管路的打开和关闭，从而总体上只需要一个惟一的致动器，其包括组合的转动和往复运动，用于运行微型定量供给泵。

有利的设计方案和改进方案由其它的从属权利要求以及由参照附图的图示的说明中得出。

在一个实施方式中，驱动单元具有电动马达。电动马达在此情况下可以用于泵柱塞杆的升降，以偏移弹性的膜，以及用于泵柱塞杆的转动，以控制致动器盘。当然，驱动单元也可以具有气动的和/或液压的致动器，它们可以使泵柱塞杆上下往复运动和转动。

在另一个实施方式中，驱动单元具有传感器，该传感器探测泵柱塞杆的升程（升降）。传感器例如可以是霍尔传感器。借助于对泵柱塞杆的升程的监视，不仅可以探测微型定量供给泵输送的容积量，而且可以探测气泡和阻塞。

在另一个实施方式中，致动器盘具有空隙，在该空隙中设置永久磁化的或可磁化的棒。作为该棒的材料例如可以使用铁，钴，镍，铁氧体和/或钕。永久磁体一方面具有这样的优点，即明确地确定泵柱塞杆与致动器盘的配属，另一方面也可以使用不同于棒的其它的形状，只要不同的磁极位于转动平面中。非永久磁化的或可磁化的材料具有这样的优点，即可以使用不同的、成本有利的材料或制造工艺。棒材在需要时可以气密地封闭在所述空隙中，例如通过将盖子焊接在空隙上面和/或者将该空隙气密地填充。

在另一个实施方式中，阀盘，致动器盘，弹簧弹性的元件和/或泵室基底由塑料制成。例如阀盘，致动器盘，弹簧弹性的元件和/或泵室基底可以通过压铸例如由聚碳酸脂，聚丙烯，PVC，聚苯乙烯，聚四氟乙烯（Teflon），PFPE，等等制成。但是也可以考虑其它的材料，例如金属和/或半导体材料。

在另一个实施方式中，阀盘和/或弹簧弹性的元件是微冲裁地制成的。以这种方式可以降低微型定量供给泵的制造成本。但是也可以使用其它的方法，例如激光切割，热分离，等离子蚀刻和/或蚀刻，来制造阀盘和/或弹簧弹性的元件。

在另一个实施方式中，阀盘的流体通流孔具有弧或圆的形状。当然也可以考虑圆和弧段的组合。

在另一个实施方式中，驱动单元设计成耐用单元，而泵室基底，膜，致动器盘和阀盘设计成一次性单元。作为耐用单元例如可理解为是一种可重复使用的装置（器件）。作为一次性单元例如可理解为是一种可更换的，非耐用的装置（器件）。通过这种实施方式可以降低微型定量供给泵的运行成本，因为可以只更换具有容易磨损现象或尤其是容易被输送的流体例如胰岛素制剂污染的装置（器件）。

在另一个实施方式中，弹簧弹性的元件设计成梁簧（弹性梁），盘簧和/或螺旋弹簧。最好这样的设计弹簧弹性的元件，使得它只有一个平移的自由度。由此可以将致动器盘的扭矩传递到阀盘上，其中，防止了阀盘的倾斜。

在另一个实施方式中，膜和弹簧弹性的元件一体地构造。由此显著地减小死容积并且由此可以改善微型定量供给泵的抽吸能力。在该实施方式中，膜设计得稍厚，从而它能够很好地承担弹簧弹性的元件的功能。在该实施方式中，扭矩从泵柱塞杆到致动器盘的传递可以经由一种机械的耦合（耦联）来实现。例如扭矩的传递可以通过形状配合连接或通过传力连接来实现。

在另一个实施方式中，膜由热塑性弹性体膜或由结构化的热塑性塑料构成。例如膜由普拉蒂纶聚乙烯纤维（Platilon）或聚碳酸脂构成。尤其是具有在中部处的圆柱形的加强部分的凹凸（浮雕）膜很好地适用于按照本发明的微型定量供给泵。该膜例如在中部处具有大约100－1000μm的厚度并且在边缘处具有大约20－100μm的厚度。

在另一个实施方式中，该膜通过粘接，超声波焊接，溶剂键合和/或激光透射焊接（激光深熔焊接）与泵室基底相连接。当然也可以使用其它的连接方法。

只要是有意义的，上述设计方案和改进方案可以相互任意地组合。本发明的其它可能的设计方案，改进方案和实施方案也包括在前面或在以下关于实施例所描述的本发明的特征的非明确指出的组合。尤其是在此情况下专业人员也将单独的特征方面作为改进或补充加入到本发明的相应的基础形式中。

附图说明

以下借助于在附图的示意图中给出的实施例详细说明本发明。在附图中：

图1显示了一个微型定量供给泵的示意截面图；

图2显示了泵室基底和阀盘的示意俯视图；

图3－7显示了微型定量供给泵的一个完整的泵循环；

图8显示了膜的一种实施方式的示意截面图；

图9显示了膜和泵室基底的一种实施方式的示意截面图；

图10显示了微型定量供给泵的一种实施方式的示意截面图；

图11显示了阀盘和泵室基底的一种实施方式的示意截面图。

附图应该促成对本发明的实施方式的进一步的理解。这些附图图示地说明了这些实施方式并且结合说明书用于解释本发明的原理和设计构思。就附图而言可以得出另外的实施方式和其中的许多所述的优点。附图中的部件不是必须相互间按比例地示出。

在附图中，只要没有另外的说明，相同的、功能相同的和作用相同的元件，特征和部件分别采用相同的附图标记。

具体实施方式

图1显示了微型定量供给泵1的示意截面图。微型定量供给泵基本上具有耐用单元23和一次性单元24。一次性单元24具有泵室基底19，泵室基底19具有设置在其中的泵室2。泵室基底19例如可以通过压铸由聚碳酸脂，聚丙烯，PVC，聚苯乙烯，聚四氟乙烯（Teflon）和/或PFPE构造成。但是，其它的材料也适用于制造泵室基底19，如金属和/或半导体材料。在不多基底的一个侧面上，柔性的膜3与泵室基底19流体密封地相连接。泵室基底19具有至少一个流体管路4，其使得流体能够流入和流出泵室基底19的泵室2。此外，可转动的阀盘6布置在泵室2中。可转动的阀盘6具有流体流通孔17并且布置在流体管路4上方。通过转动阀盘6可以使流体通流孔17可选择地打开或关闭流体管路4。阀盘6经至少一个弹簧弹性的元件16与阀盘这样地耦合，使得致动器盘14的转动引起阀盘6转动。此外，弹簧弹性的元件16具有这样的功能，即将阀盘和致动器盘相互顶开。这样，可以不需要附加的致动器实现将流体吸入泵室2中。此外，弹簧弹性的元件16将阀盘6顶压向泵室基底19的底部，从而阀盘6流体密封地密封流体管路4。

驱动单元20布置在一次性单元24上方。驱动单元20具有泵柱塞杆7，借此可以使膜提升或降低，以便将流体吸入和泵送到泵室2中。在泵柱塞杆7处布置泵柱塞杆磁体8。泵柱塞杆磁体8与被永久磁化的或可磁化的棒15共同作用，该棒15布置在致动器盘14中。借助于泵柱塞杆磁体8，可以通过磁耦合使泵室2中的致动器盘14转动，其中，致动器盘14的转动导致阀盘6转动。泵柱塞杆7借助于致动器11一方面可以上下往复运动，以便实现膜3的偏移，并且另一方面可以围绕其纵轴线转动，以便实现致动器盘14的转动。泵柱塞杆7由此承担泵送过程所需要的全部功能。泵柱塞杆磁体8可以如在致动器盘中设置的磁体那样地设计。也可以将电磁体应用于泵柱塞杆磁体8。

在泵柱塞杆7处设置回位弹簧9。回位弹簧9最好这样地使泵柱塞杆7降低，使得在回位弹簧9的松弛状态下膜3位于一个下面的位置上。驱动单元20的致动器11例如是电磁马达。但是气动和/或液力驱动***也可以用于致动器11。致动器11由固定体10包围并且被其保持住。此外，固定体10的端面起着一次性单元24的顶面的止挡的作用并且负责泵柱塞杆磁体8相对于膜或致动器盘14之间的高度调节。在泵柱塞杆7的一个端部处设置磁体18，该磁体作为用于布置在磁体18上方的传感器13的传感器发送器18来作用。传感器13例如是霍尔传感器。由此通过在磁体18和传感器13之间的间距 ，可以探测泵柱塞杆的升程。此外，设置止挡12，借此限制泵柱塞杆7的移动。

图2显示了泵室基底19和阀盘6的示意俯视图。阀盘6具有两个长形的半月形的流体通流孔17。流体通流孔17周期地释放开流体管路4，从而可以吸入或推出流体。阀盘6在此情况下围绕转动轴线21转动。转动角在此情况下由固定在泵柱塞杆7处的磁体8预先给定。通过侧边的泵室基底壁保证侧边的导引。为了阀盘6不被泵柱塞杆7的磁体8从流体管路4和5上拉开，通过致动器盘14实现磁耦合。致动器盘14的棒15或者是永久磁体，其优点是与泵柱塞杆7的磁体8之间具有明确的耦合，或者是可磁化的棒，其优点是具有较宽的材料选择供用于致动器盘14的磁体15。

如果棒15不具有永久磁化性，那么可以有两种耦合变型，它们相互间被转动180°。为了保证一个明确的泵送方向，流体管路4，其在本实施例中起着流体进入管路的作用，应该在阀盘6转动每180°时处于相同的状态下，也就是说，在围绕转动轴线21的一个完整的360°的转动期间被打开或关闭至少两次或该次数的倍数。这对应于一种在阀盘中的流体通流孔17的关于转动轴线21的泵对称性。如果将同一个流体通流孔17用于控制两个流体管路4和5，也就是说，流体管路4和5相对于转动轴线21具有相同的径向间距，那么这些流体通流孔17应该以90°的转动（角度）的间距或它的一个分数部分的间隔进行设置。为了始终至少有一个流体管路4，5是关闭的，长形的流体通流孔17应该构造得相应地短（短于四分之一圆弧）。如果流体管路4和5相对于转动轴线21具有不同的径向间距，以便流体通流孔17仅仅控制流体管路4并且两个附加的、半月形的流体通流孔17仅仅控制流体管路5，那么流体管路4和5可以关于转动轴线21相互间以任意的角度布置，只要流体通流孔17和两个附加的流体通流孔这样地进行布置，使得流体管路4和5在正确的时刻被打开或关闭，以便保证明确的流体输送方向。

相反，如果在致动器盘14中布置永久磁体15，那么泵柱塞杆7的配属就是明确的。由此仅仅一个惟一的半月形流体通流孔17也可以足够执行一个简单的泵循环，或者各有一个流体通流孔17和一个附加的、布置在与该流体通流孔17不同的径向间距处的流体通流孔，如果两个流体管路4和5相对于转动轴线21具有不同的径向间距的话。

图3，4，5，6和7显示了微型定量供给泵的一个完整的泵循环。

图3显示了在这样的状态下微型定量供给泵1的一个实施方式的示意截面图，在该状态下流体流出泵室2。膜3通过泵柱塞杆7被向下顶压。由此在泵室2中形成过压，该过压将设置在泵室2中的流体通过流体通流孔17压入流体管路5中，该流体然后流出泵室2。

图4显示了在流体管路4和5被关闭下的微型定量供给泵1的示意截面图。在将流体排出泵室2之后，流体管路4和5被阀盘6封闭。通过围绕转动轴线21转动阀盘6实现流体管路4和5的关闭。为此将泵柱塞杆7围绕其纵轴线转动，其中，泵柱塞杆7的磁体8通过磁耦合与致动器盘14中的永久磁化的或可磁化的棒15共同作用。通过弹簧弹性的元件16，致动器盘14的转动被传递到阀盘6上。

图5显示了在经泵室吸入流体期间微型定量供给泵1的示意截面图。阀盘6被这样地转动，使得阀盘的流体通流孔17释放开流体管路4，由此使流体能够流入泵室2。膜3的偏移可以借助于弹簧弹性的元件16实现，它将致动器盘14顶压与阀盘6分开。此外也可以的是，泵柱塞杆7的磁体8支持膜3的向上运动。

图6显示了微型定量供给泵1的一个示意截面图。在微型定量供给泵1的所示状态下，膜3位于一个上部的位置上，其中，弹簧弹性的元件16将致动器盘14和阀盘6相互顶开。在流体被吸入泵室2中之后，在泵通道基底19中的流体管路4和5又借助于阀盘6围绕转动轴线21的进行转动而被关闭。

图7显示了在流体排出泵室2期间微型定量供给泵1的示意截面图。图7与图3的区别在于，泵柱塞杆7的磁体8现在已经执行了一个180°的转动，并且又可以进行从泵室2中排出流体。

图8显示了膜3的一个实施方式的示意截面图。在该实施方式中，膜3和弹簧弹性的元件16是一体构造成的。这可以通过用弹性材料构造膜3来实现，该弹性材料承担弹簧弹性的元件16的功能。膜3在该实施例中这样地设计，使得施加到致动器盘14上的扭矩被传递到阀盘6上。对于该实施例，膜3设计得更牢固和更厚。

图9显示了膜3和泵室基底19的一个实施方式的示意截面图。在该实施例中，泵室基底19具有止挡22，其防止致动器盘14可能从泵室基底19中出来。

图10显示了微型定量供给泵1的一个实施方式的示意截面图。在该实施例中，在阀盘6下面设置密封25，它围绕流体管路4布置。密封25例如可以设计成塑料O形环。密封25使阀盘6相对于泵室基底19密封，从而没有流体能够非人愿地通过流体管路4向外流出或者流入泵室2中。

图11显示了阀盘6的一个实施方式的示意截面图。在该实施例中，仅仅一个流体通流孔17被设置在阀盘6中。

虽然本发明在上面完全借助于优选实施例进行说明，但是本发明不局限于此，而是可以多种方式和方法进行修改。

例如与微型定量供给泵耦联一个控制和调节装置，它控制和调节微型定量供给泵的功能。

例如也可以设置一个按照PDA（个人数字助理）类型的驱动和剂量控制单元，它控制和监视微型定量供给泵的功能。

也可以设想微型定量供给泵的批量生产，其中，在一种聚合物基底中，相互并排地布置大量的泵室基底，它们在配置了膜之后才通过锯割或水射流切割或其它的分离方法被分隔开。

此外，用于泵膜的上部止挡可以结合到限制膜升程的结构中。

此外，对于在图9 中示出的实施方式，可以采用机械耦合取代泵柱塞杆7的扭矩与致动器盘14的磁性耦合。为此致动器盘14具有凹部，用于机械地啮合泵柱塞杆7上的凸起结构（或者反向地，即在泵柱塞杆上具有凹部），例如形式为一个十字槽螺钉端面处的凹部和一个十字槽螺钉起子的凸起结构。有利地，用于传递扭矩的接触面尽可能与转动轴线平行地构造。

Claims (14)

1. 微型定量供给泵（1），

包括带有泵室（2）的泵室基底（19），

包括柔性的膜（3），它这样地设置在泵室基底（19）的一侧上，使得它流体密封地覆盖泵室（2），

包括至少一个流体管路（4），该流体管路这样地设置在泵室基底（19）的第二侧上，使得流体可以流入和流出泵室（2），

包括带有至少一个流体通流孔（17）的可转动的阀盘（16），它布置在泵室（2）内并且被设计成用于通过转动来封闭流体管路（4）和经由流体通流孔（17）来打开流体管路（4），

包括永久磁化的或可磁化的致动器盘（14），它经至少一个弹簧弹性的元件（16）与阀盘（6）这样地耦合，使得致动器盘（14）的转动导致阀盘（6）的转动，其中，弹簧弹性的元件（16）将阀盘（6）和致动器盘（14）相互顶开，

包括带有磁性的泵柱塞杆（7）的驱动单元（20），它设计成用于使膜（3）运动，以便吸入或排出流体，并且设计成用于转动永久磁化的或可磁化的致动器盘（14）。

2.根据权利要求1所述的微型定量供给泵，其特征在于，驱动单元（20）具有电动马达（11）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的微型定量供给泵，其特征在于，驱动单元（20）具有传感器（13），该传感器探测泵柱塞杆（7）的升程。

4.根据前述权利要求中任一项所述的微型定量供给泵，其特征在于，致动器盘（14）具有空隙，在该空隙中设置棒（15），该棒具有可磁化的材料并且必要时具有永久磁化性。

5.根据前述权利要求中任一项所述的微型定量供给泵，其特征在于，阀盘（6），弹簧弹性的元件（16）和/或泵室基底（19）由塑料制成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的微型定量供给泵，其特征在于，阀盘（6）和/或弹簧弹性的元件（16）是微冲裁地制成的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的微型定量供给泵，其特征在于，阀盘（6）的流体通流孔（17）具有弧或圆的形状。

8.根据前述权利要求中任一项所述的微型定量供给泵，其特征在于，驱动单元（20）设计成耐用单元（23），并且泵室基底（19），膜（3），致动器盘（14）和阀盘（6）设计成一次性单元（24）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的微型定量供给泵，其特征在于，弹簧弹性的元件（16）设计成梁簧，盘簧和/或螺旋弹簧。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的微型定量供给泵，其特征在于，膜（3）和弹簧弹性的元件（16）是一体地构造成的。

11.根据权利要求10所述的微型定量供给泵，其特征在于，从泵柱塞杆到致动器盘的扭矩传递通过一种机械耦合实现。

12.根据前述权利要求中任一项所述的微型定量供给泵，其特征在于，膜（3）由热塑性弹性体膜或由结构化的热塑性塑料构成。

13.用于制造根据前述权利要求中任一项所述的微型定量供给泵的方法，包括以下方法步骤：

（A）提供带有泵室（2）的泵室基底（19）；

（B）在泵室（2）中设置阀盘（6）和致动器盘（14）；

（C）这样地产生一个磁场，使得阀盘（6）和致动器盘（14）被拉入泵室（2）中并且被固定在那里；

（D）将膜（3）与泵室基底（19）相连接。

14.根据权利要求13所述的用于制造微型定量供给泵的方法，其特征在于，通过粘接，超声波焊接，溶剂键合和/或激光透射焊接使膜（3）与泵室基底（19）相连接。

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