DE102009022182B4 - Adjustable throttle section - Google Patents
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Abstract
Regelbare Drosselstrecke für ein Fluid mit einem eine Einströmfläche und eine Ausströmfläche aufweisenden, offenporigen, inkompressiblen Drosselkörper (14), dessen Oberfläche mit Ausnahme der Einström- und der Ausströmfläche gegen das Fluid abgedichtet ist, wobei Einström- und Ausströmfläche nicht überlappen, gekennzeichnet durch
a. eine durchgehende Bohrung von einem Anfangspunkt in der abgedichteten Oberfläche zu einem Endpunkt in der Einströmfläche (bzw. Ausströmfläche), wobei der Anfangspunkt der Bohrung der Ausströmfläche (bzw. Einströmfläche) näher liegt als der Einströmfläche (bzw. Ausströmfläche),
b. einen elastisch dehnbaren, einseitig geschlossenen Schlauch (16) mit einem Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Bohrung, der im Innern der Bohrung nicht verschiebbar fixiert, mit dem geschlossenen Ende in Richtung auf den Endpunkt der Bohrung weisend und mit dem offenen Ende am Anfangspunkt der Bohrung mit dem Drosselkörper (14) abdichtend verbunden angeordnet ist und
c. Mittel (18) zum Expandieren von wählbaren Teilstücken des Schlauchs (16) im Innern der Bohrung unter Abdichten der...A controllable throttle path for a fluid having an inflow surface and an outflow surface having an open-pored, incompressible throttle body (14) the surface of which is sealed against the fluid except for the inflow and outflow surfaces, wherein the inflow and outflow surfaces do not overlap, characterized by
a. a continuous bore from a starting point in the sealed surface to an end point in the inflow surface, the starting point of the bore being closer to the outflow surface than the inflow surface;
b. an elastically extensible, unilaterally closed tube (16) having a diameter smaller than the diameter of the bore, which is not slidably fixed inside the bore, with the closed end facing towards the end point of the bore and with the open end at the starting point of the bore is arranged sealingly connected to the throttle body (14) and
c. Means (18) for expanding selectable portions of the hose (16) inside the bore while sealing the hose ...
Description
Die Erfindung betrifft eine regelbare Drosselstrecke, insbesondere für eine implantierbare Infusionspumpe, mit einem Körper aus einem offenporigen Material.The invention relates to an adjustable throttle section, in particular for an implantable infusion pump, with a body made of an open-pored material.
Seit Jahren werden zuverlässig regelbare Drosselventile bzw. Drosselstrecken für Mikrosysteme z. B. im medizinischen Bereich benötigt. Insbesondere für implantierbare Systeme stehen heute noch keine Drosseln dieser Art zur Verfügung. Die Mikrosystemtechnik hat vor allem das Problem der Leckraten bzw. Dichtigkeit nicht lösen können.For years reliably controllable throttle valves or throttle lines for microsystems z. B. needed in the medical field. In particular, for implantable systems are still no throttles of this type available. Above all, microsystem technology has not been able to solve the problem of leak rates or tightness.
Ein zweites Problem besteht in der Gefahr des Materialabriebs, wenn eine regelbare Drosselstrecke mit mechanisch bewegten Mitteln geregelt wird, bei denen gegeneinander reibende Flächen mit dem Fluidstrom in Kontakt geraten. Gerade bei Infusionspumpen, die sehr kleine Fluidmengen mit Medikamentenlösung auslassen, ist eine Kontamination der Lösung mit abgeriebenen Mikropartikeln unerwünscht.A second problem is the risk of material abrasion when a controllable throttle path is controlled by mechanically moving means in which surfaces rubbing against each other come into contact with the fluid flow. Especially with infusion pumps that omit very small amounts of fluid with drug solution, contamination of the solution with abraded microparticles is undesirable.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drosselstrecke zu schaffen, die es ermöglicht, die Durchtrittsrate einer derartigen Drosselstrecke zu verstellen, ohne dass es zur Kontamination des Fluids mit etwaig abgeriebenen Partikeln kommt.The invention has for its object to provide a throttle section, which makes it possible to adjust the rate of passage of such a throttle section, without causing contamination of the fluid with any abraded particles.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Drosselstrecke mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.The object is achieved by a throttle section with the features of the main claim. The dependent claims indicate advantageous embodiments.
Die erfindungsgemäße Drosselstrecke umfasst einen Körper aus Drosselmaterial angeordnet zwischen einem Einlass und einem Auslass für das Fluid. Das Drosselmaterial ist ein inkompressibles, offenporiges Material. Fluid kann über einen ersten Teil der Oberfläche des Drosselkörpers (Einströmfläche) in das Drosselmaterial eindringen, im Porenraum durch das Drosselmaterial über eine Vielzahl von Wegen fließen und schließlich über einen zweiten Teil der Oberfläche des Drosselkörpers (Ausströmfläche) aus dem Drosselmaterial austreten. Das Drosselmaterial ist inkompressibel im Sinne der Erfindung, wenn es sich unter den im Regelbetrieb der Drosselstrecke auftretenden Drücken nicht verformt und insbesondere auch nicht seinen Porenraum verringert.The throttle section according to the invention comprises a body of throttle material arranged between an inlet and an outlet for the fluid. The throttle material is an incompressible, open-pored material. Fluid may enter the restriction material via a first portion of the surface of the throttle body (inflow surface), flow through the restriction material in the pore space through a plurality of paths, and eventually exit the restriction material via a second portion of the surface of the throttle body. The throttle material is incompressible in the sense of the invention, if it does not deform under the pressures occurring during normal operation of the throttle section and in particular does not reduce its pore space.
Vorzugsweise ist das Drosselmaterial überdies chemisch inert gegenüber dem zu regelnden Fluid. Insbesondere kann das Drosselmaterial aus einem Metallschaum bestehen, etwa aus einem durch Anodisieren hergestellten Metalloxidschaum wie einem Titanoxid. Alternativ ist das Drosselmaterial ein Sintermaterial, beispielsweise Edelstahl. Das Drosselmaterial kann ein herkömmliches Filtermaterial sein.Moreover, the throttle material is preferably chemically inert to the fluid to be controlled. In particular, the throttle material may consist of a metal foam, such as a metal oxide foam produced by anodization such as a titanium oxide. Alternatively, the throttle material is a sintered material, such as stainless steel. The throttle material may be a conventional filter material.
Der Drosselkörper ist so zwischen Einlass und Auslass angeordnet, dass das Fluid nur vom Einlass zum Auslass gelangen kann, wenn es wenigstens einen Teil des Porenraums des Drosselkörpers durchfließt. Der Drosselkörper weist somit eine Einström- und eine Ausströmfläche auf, die nirgends überlappen, sondern durch das Drosselmaterial voneinander separiert sind. Die übrige Oberfläche des Drosselkörpers ist für das Fluid undurchlässig ausgebildet, also abgedichtet.The throttle body is disposed between the inlet and the outlet such that the fluid can pass only from the inlet to the outlet when it flows through at least part of the pore space of the throttle body. The throttle body thus has an inflow and an outflow surface, which nowhere overlap, but are separated from each other by the throttle material. The remaining surface of the throttle body is impermeable to the fluid, so sealed.
Der Drosselkörper weist erfindungsgemäß eine durchgehende Bohrung auf. Die Bohrung geht dabei von einem Punkt auf der abgedichteten Oberfläche aus und führt entweder zu einem Punkt in der Einström- oder in der Ausströmfläche. Der Ausgangspunkt der Bohrung soll dabei der Ausströmfläche (Einströmfläche) näher liegen als der Einströmfläche (Ausströmfläche), wenn der Endpunkt der Bohrung in der Einströmfläche (Ausströmfläche) liegt.The throttle body according to the invention has a through hole. The bore extends from a point on the sealed surface and leads either to a point in the inflow or outflow surface. The starting point of the bore is intended to be closer to the outflow surface (inflow surface) than to the inflow surface (outflow surface) when the end point of the bore lies in the inflow surface (outflow surface).
Erfindungsgemäß wird weiterhin in der Bohrung des Drosselmaterials ein einseitig abgeschlossener, elastisch dehnbarer Schlauch angeordnet und derart fixiert, dass er entlang der Bohrung nicht verschiebbar ist. Das abgeschlossene Ende des Schlauchs weist dabei in Richtung auf das Ende der Bohrung, welches in der Einström- oder Ausströmfläche liegt. Der Durchmesser des Schlauchs ist kleiner als der Durchmesser der Bohrung.According to the invention, a one-sidedly closed, elastically extensible hose is furthermore arranged in the bore of the throttle material and fixed in such a way that it can not be displaced along the bore. The closed end of the tube points in the direction of the end of the bore, which is located in the inflow or outflow. The diameter of the hose is smaller than the diameter of the bore.
Das offene Ende des Schlauchs ist mit dem Ende der Bohrung in der abgedichteten Oberfläche des Drosselkörpers abdichtend verbunden. Das Fluid kann den Drosselkörper also nicht durch die Bohrung in der – nach wie vor – abgedichteten Oberfläche des Drosselkörpers verlassen. Bevorzugt besteht der Schlauch aus Silikon.The open end of the hose is sealingly connected to the end of the bore in the sealed surface of the throttle body. Thus, the fluid can not leave the throttle body through the bore in the - still sealed - surface of the throttle body. Preferably, the tube is made of silicone.
Die Innenwand der Bohrung ist hingegen für das Fluid durchlässig. The inner wall of the bore, however, is permeable to the fluid.
Wird der Schlauch nun zumindest in einem Teilstück auf einen Durchmesser expandiert, der außerhalb der Bohrung größer als der Durchmesser der Bohrung wäre, so wird der Schlauch in diesem Teilstück unter elastischer Deformation gegen die Innenwand der Bohrung gedrückt und wirkt dort abdichtend. Es ist somit möglich, durch gezieltes Expandieren des Schlauchs einen einstellbaren Anteil der Bohrungsinnenwand abzudichten.If the tube is now expanded at least in a section to a diameter which would be larger than the diameter of the bore outside the bore, the tube is pressed in this section under elastic deformation against the inner wall of the bore and acts there sealingly. It is thus possible to seal an adjustable portion of the bore inner wall by selectively expanding the tube.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein starres, längliches Stellelement in das offene Ende des Schlauchs eingeschoben. Während des Einschiebens wird der Schlauch dort, wo er das Stellelement umschließt, reversibel expandiert und abdichtend gegen die Innenwand der Bohrung gedrückt. Das Herausziehen des Stellelements aus dem Schlauch nimmt hingegen den Andruck des Schlauchs an die Innenwand der Bohrung zurück. Der elastisch dehnbare Schlauch zieht sich entlang der Bewegungsrichtung des Stellelements nach und nach zusammen und gibt die Innenwand der Bohrung wieder frei. Dadurch wird eine Teilfläche des Drosselmaterials dem Fluid zugänglich, deren Größe davon abhängt, wie weit das Stellelement bewegt wird.In a preferred embodiment, a rigid, elongated actuator is inserted into the open end of the hose. During insertion, the hose is reversibly expanded where it surrounds the adjusting element and pressed sealingly against the inner wall of the bore. The extraction of the actuator from the hose, however, takes the pressure of the hose back to the inner wall of the bore. The elastically stretchable tube gradually contracts along the direction of movement of the adjusting element and releases the inner wall of the bore again. Thereby, a partial surface of the throttle material is the fluid accessible, the size of which depends on how far the actuator is moved.
Wenn die Bohrung zu einem Punkt der Einströmfläche (Ausströmfläche) des Drosselkörpers führt, dann ist offenbar die Innenwand der Bohrung – soweit sie nicht vom expandierten Schlauch abgedichtet wird – ebenfalls der Einströmfläche (Ausströmfläche) zugehörig.If the bore leads to a point of the inflow surface (outflow surface) of the throttle body, then obviously the inner wall of the bore - unless it is sealed by the expanded tube - also the inflow (outflow) associated.
Von jedem Punkt der Einströmfläche kann das Fluid zur Ausströmfläche gelangen, nur die Länge der Wege durch das Drosselmaterial sind dabei verschieden lang („Drosselweglänge”). Die Drosselwirkung der Drosselstrecke ergibt sich aus dem Fließwiderstand des Fluids durch das Drosselmaterial. Dieser errechnet sich dem Prinzip nach als Kehrwert des Integrals über alle Kehrwerte der Fließwiderstände aller möglichen Wege im Drosselmaterial, die das Fluid von einem Punkt der Einströmoberfläche zu einem Punkt der Ausströmoberfläche nehmen kann. Natürlich sind diese Wege nicht im Einzelnen bekannt. Aber es ist klar, dass sich das Integral vergrößern muss, wenn die Einströmfläche vergrößert wird (Hinzufügen von Wegen) und wenn insbesondere kürzere Wege hinzugefügt werden.From any point of the inflow, the fluid can reach the discharge surface, only the length of the paths through the throttle material are different lengths ("throttle path"). The throttle effect of the throttle section results from the flow resistance of the fluid through the throttle material. This is in principle calculated as the reciprocal of the integral over all reciprocals of the flow resistances of all possible paths in the throttle material, which can take the fluid from a point of the inflow surface to a point of the outflow surface. Of course, these ways are not known in detail. But it is clear that the integral must increase as the inflow area is increased (adding paths) and especially when shorter paths are added.
Durch das Herausziehen des Stellelements wird zum einen zusätzliche Einströmfläche (Ausströmfläche) freigelegt, und zum anderen vor allem solche, die der Ausströmfläche (Einströmfläche) näher liegt. Dadurch verringert sich der Gesamtfließwiderstand der Drosselstrecke in Abhängigkeit von der Positionierung des Stellelements.By pulling out the actuating element, an additional inflow surface (outflow surface) is exposed on the one hand, and, on the other, above all, those which are closer to the outflow surface (inflow surface). This reduces the total flow resistance of the throttle path as a function of the positioning of the actuating element.
Die Erfindung wird näher anhand der einzigen Abbildung
Die in
Der Fachmann erkennt ohne Umstände, dass die einzigen Flächen mit mechanisch gegeneinander bewegten, ggf. aneinander reibenden Teilen im Innern des Schlauchs vorliegen. Das Innere des Schlauchs kommt aber niemals mit dem Fluid in Kontakt. Das Andrücken des durch das Stellelement expandierten Schlauchs an die Innenwand der Bohrung kann keinen Abrieb bewirken, da alle Kraftkomponenten stets senkrecht auf die Innenwand einwirken. Folglich entstehen keine Partikel, die das Fluid kontaminieren könnten.The skilled artisan readily recognizes that the only surfaces with mechanically mutually moving, possibly rubbing against each other parts inside the tube. The inside of the hose never comes into contact with the fluid. The pressing of the expanded by the actuator hose to the inner wall of the bore can cause no abrasion, since all force components always act perpendicular to the inner wall. As a result, there are no particles that could contaminate the fluid.
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