DE10330985A1

DE10330985A1 - Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts mit optischer Abtastung

Info

Publication number: DE10330985A1
Application number: DE10330985A
Authority: DE
Inventors: Kurt Friedli; Ulrich Haueter; Fritz Kirchhofer
Original assignee: Tecpharma Licensing AG
Current assignee: Tecpharma Licensing AG
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-02-17
Also published as: US20060224123A1; WO2005004955A1; JP2007506470A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts weist eine Messeinrichtung zur berührungslosen Messung einer Stellung zwischen wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Elementen (1; 3) auf. Die Messeinrichtung umfasst wenigstens zwei optische Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20), die zueinander feststehend an wenigstens einem ersten Element (1) und einem zu dem wenigstens einen ersten Element beweglichen zweiten Element (3) gegenüber angeordnet sind. Ferner ist ein Oberflächenprofil (8) auf dem zweiten Element (3) vorgesehen, das bei der Bewegung des ersten Elements (1) und des zweiten Elements (3) relativ zueinander für jeden der optischen Sensoren einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf vorsieht. Bei einem Verfahren zur berührungslosen Messung einer Stellung zwischen den zueinander beweglichen Elementen (1; 3) nimmt jeder der optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) bei einer Bewegung des ersten Elements (1) gegenüber dem zweiten Element (3) entlang dem Oberflächenprofil (8) einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf auf, die miteinander verarbeitet werden, um die Stellung zwischen den Elementen (1; 3) zu bestimmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts mit einer Messeinrichtung zur berührungslosen Messung einer Stellung von zueinander beweglichen Elementen der Verabreichungsvorrichtung und ein Verfahren einer berührungslosen Messung deren Stellung zueinander. Insbesondere betrifft die Erfindung die Messung der Einstellung einer Verabreichungs- oder Dosiervorrichtung eines Injektionsgeräts.

Vorrichtungen, wie die vorliegende Erfindung sie betrifft, finden in weiten Bereichen der Medizin zur Verabreichung eines medizinischen oder pharmazeutischen Produkts Anwendung. Beispielsweise werden Injektionsgeräte, wie etwa ein Injektionspen, zur Abgabe von Insulin, Hormonpräparaten und dergleichen verwendet. Ein Injektionsgerät weist verschiedene mechanische Einrichtungen, wie etwa eine Verabreichungs- oder Dosiereinrichtung auf, um z. B. eine bestimmte Produktdosis exakt aus dem Gerät abgeben zu können. Um den Verabreichungsvorgang und seine Genauigkeit kontrollieren zu können, ist es üblich innerhalb des Geräts Sensoren oder Taster anzuordnen, welche die Bewegung verschiedener Elemente der mechanischen Einrichtungen erfassen. Daraus wird z. B. mittels eines Mikroprozessors die Einstellung der mechanischen Einrichtungen ermittelt und kann z. B. durch eine mechanische oder elektronische Anzeige an dem Injektionsgerät angegeben werden.

Da eine mechanische Abtastung anfällig für Verschmutzung, Feuchtigkeit und Abnutzung ist und große Toleranzen zwischen den einzelnen Elementen aufweist, wodurch die Genauigkeit der Messung der Einstellung eines Injektionsgeräts eingeschränkt wird, sind berührungslose Verfahren zur Bestimmung der Einstellung eines solchen Geräts entwickelt worden. Hierfür werden mehrere Sensoren oder Messvorrichtungen an verschiedenen Stellen des Geräts angeordnet.

Aus der WO 02/064196 A1 ist ein Injektionsgerät bekannt, das durch eine geschlossene Schalteinheit mit integrierten Sensoren gesteuert wird, die ausgewählte Parameter des Geräts überwachen. Die abgeschlossene Schalteinheit ist feststehend innerhalb des Injektionsgeräts angeordnet. Als Sensoren werden wenigstens zwei Paare von integrierten Hall-Elementen verwendet. Die Hall-Elemente arbeiten mit einem magnetisierten Ring zusammen, der abwechselnd Nord- und Südpole aufweist. Der Ring ist innerhalb einer Dosiereinrichtung angeordnet und wird in Übereinstimmung mit einer Drehbewegung zur Einstellung einer Produktdosis um die Längsachse des Injektionsgeräts bewegt. Um das Volumen einer Dosiseinstellung zu messen, ist es erforderlich, die Drehbewegung des magnetischen Rings relativ zu der abgeschlossenen Schalteinheit zu bestimmen. Hierfür werden die Hall-Elemente in einer definierten Zuordnung zueinander und zu dem magnetischen Ring auf einem Kreisbogen angeordnet, der dem magnetischen Ring gegenüberliegt. Beim Start der Bewegung wird ein Startwinkel definiert und auf der Grundlage der Messung des Magnetfeldes während der Bewegung des Magnetrings gegenüber den Hall-Elementen ein Endwinkel nach dem Abschluss der Bewegung bestimmt. Die Anfangs- und Endwinkel und das gemessene magnetische Feld werden mit einer gespeicherten Tabelle verglichen und aus dem Vergleich eine eingestellte Produktdosis bestimmt.

Aus der EP 1095668 A1 ist z. B. ein elektronischer Verabreichungspen für medizinische Zwecke bekannt, der zur Messung der Einstellung einer Verabreichungseinrichtung des Pens z.B. die lineare Position einer Schraubenstange des Verabreichungsmechanismus oder die Drehposition eines Einstellknopfes einer Dosiereinrichtung misst. Hierfür wird z.B. ein optischer Codeumwandler mit einer Codescheibe verwendet, die an die Drehbewegung des Einstellknopfes gekoppelt ist. Die Drehbewegung der Codescheibe wird von einem optischen Empfänger gemessen. Die Anzahl der Drehungen der Codescheibe wird von einem Mikroprozessor in eine der Einstellung entsprechende Dosismenge umgesetzt. Ein weiterer Sensor ist zwischen den Windungen der Schraubenstange der Verabreichungseinrichtung vorgesehen und registriert die Bewegung in Längsrichtung entlang der Längsachse des Pens. Aus der Verschiebung der Schraubenstange wird die verabreichte Menge eines Produkts bestimmt. Die beiden Sensoren arbeiten unabhängig voneinander und bestimmen jeweils nur eine Bewegungsrichtung einer mechanischen Einrichtungen des Pens.

Durch derartige Messeinrichtungen zur berührungslosen Messung kann zwar die Genauigkeit der Messung einer Einstellung gegenüber einer mechanischen Abtastung erhöht werden, jedoch ist die Anordnung der Einzelteile einer solchen Messeinrichtung innerhalb des Geräts oftmals komplex, so dass die Herstellung des Geräts aufwendig und kostspielig ist. Die Verschaltungen und Messmethoden dieser Messeinrichtungen sind zudem anfällig für Feuchtigkeit, Vibrationen und andere derartige Einflüsse. Die Unterbringung der Einzelteile der Messeinrichtung, wie der Sensoren und der Gegenstücke für die Sensoren, erfordern häufig bauliche Veränderungen in einer Verabreichungsvorrichtung, wodurch diese unnötig groß wird oder gar die übrigen mechanischen Einrichtungen der Vorrichtung beeinträchtigt werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gestaltungsmöglichkeiten einer Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts und die Einsatzmöglichkeiten einer Messeinrichtung der Vorrichtung zu erweitern, dabei die Anzahl der benötigten Bauteile zu reduzieren und eine exakte Messung auch von nur geringen Bewegungen der Elemente der Vorrichtung zu ermöglichen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein berührungsloses Verfahren zur Messung der Einstellung mechanischer Einrichtungen einer solchen Verabreichungsvorrichtung bereitzustellen, das eine einfache Bestimmung einer Bewegung und der Stellung der Elemente des Geräts ermöglicht und die Genauigkeit bei der Messung der Einstellung erhöht.

Eine Verabreichungsvorrichtung, wie sie der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, insbesondere ein Injektionsgerät, weist verschiedene mechanische Einrichtungen, wie etwa eine Verabreichungs- oder Dosiereinrichtung auf, die aus mehreren Elementen aufgebaut sind, die sich bei der Handhabung des Geräts relativ zueinander innerhalb des Geräts bewegen. Beispielsweise wird zur Verabreichung eines Produkts aus dem Gerät ein Schubelement, wie z. B. eine Zahnstange, entlang der Längsachse des Geräts relativ zu einem Produktbehälter, einem Gerätegehäuse oder weiteren Führungselementen der Verabreichungseinrichtung bewegt. Eine Dosiereinrichtung zur Einstellung eines Dosisvolumens für ein zu verabreichendes Produkt umfasst z. B. ein Drehelement, das relativ zum Gehäuse oder einer Gewindestange gedreht wird. Erfindungsgemäß weist das Injektionsgerät eine Messeinrichtung auf, welche durch die Bestimmung der Relativbewegung dieser Elemente zueinander die Einstellung einer mechanischen Einrichtung und damit des Injektionsgeräts misst.

Erfindungsgemäß umfasst die Messeinrichtung wenigstens zwei optische Sensoren. Die optischen Sensoren können durch optoelektronische Einheiten gegeben sein, die optische Strahlung erzeugen, detektieren, übertragen, in elektrische Signale umwandeln und verarbeiten können. Ein optischer Sensor kann daher z. B. aus Strahlungsemittern, Strahlungsempfängern oder Optokopplern bestehen. Vorzugsweise werden optische Sensoren in Form eines Laserdetektors, Reflexdetektors oder einer Lichtschranke verwendet.

Die wenigstens zwei optischen Sensoren sind zueinander feststehend an wenigstens einem ersten Element eines Injektionsgeräts angeordnet. Die beiden Sensoren stehen daher zueinander in einer festen räumlichen Beziehung. Dabei ist es möglich, dass die Sensoren an unterschiedlichen Elementen des Geräts befestigt sind, die ihrerseits zueinander feststehend sind. Die wenigstens zwei optischen Sensoren sind an dem ersten Element derart angeordnet, dass sie einem zweiten Element des Injektionsgeräts gegenüberliegen. Dabei muss keine besondere Rücksicht auf den Abstand zwischen einem ersten Element, d.h. einem Sensor, und einem zweiten Element genommen werden. Es ist lediglich darauf zu achten, dass keine weiteren Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element liegen, wodurch die optische Messung gestört werden könnte.

Weiter weist die Messeinrichtung auf dem zweiten Element ein Oberflächenprofil auf, das bei der Bewegung des ersten und des zweiten Elements gegeneinander für jeden der Sensoren einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf vorsieht. Die Oberflächenstruktur des zweiten Elements weist daher eine charakteristische Ausbildung auf oder es ist ein zusätzliches Mittel vorgesehen, das dem zweiten Element eine charakteristische Oberflächenstruktur verleiht. Bei der Bewegung des ersten Elements gegenüber dem zweiten Element, wie etwa bei einer Drehbewegung eines Drehelements oder einer Schubbewegung eines Schubelements einer Dosier- oder Verabreichungseinrichtung, gegenüber dem ersten Element mit den Sensoren, wird das Oberflächenprofil des zweiten Elements an den Sensoren vorbeigeführt und die Sensoren messen den Profilverlauf des Oberflächenprofils. Dabei ist das Oberflächenprofil derart ausgebildet, dass die Sensoren jeweils einen vorbestimmten Profilverlauf registrieren und sich der von einem Sensor bei der Bewegung gemessene Profilverlauf von dem von einem anderen Sensor gemessenen Profilverlauf während dieser Bewegung unterscheidet.

Vorzugsweise besteht das Oberflächenprofil aus einem Profilbereich oder aus mehreren Profilbereichen mit einer in Bewegungsrichtung der Elemente verlaufenden periodischen Oberflächenstruktur. Bei einem Oberflächenprofil mit nur einem Profilbereich einer periodischen Oberflächenstruktur sind die Sensoren in Bewegungsrichtung versetzt und an unterschiedlichen Punkten der Periode der Oberflächenstruktur angeordnet. Z.B. sind die Sensoren in Bewegungsrichtung nebeneinander angeordnet, sodass ein Sensor z.B. einem Periodenmaximum und ein Sensor z.B. einem Periodenumkehrpunkt der Oberflächenstruktur gegenüberliegt. Vorzugsweise sind die Sensoren aber nicht beide gegenüber einem Extrempunkt der Periode angeordnet, wie einem Maximum oder Minimum.

Weist das Oberflächenprofil mehrere Profilbereiche mit periodischer Oberflächenstruktur auf, können die Sensoren quer zur Bewegungsrichtung nebeneinander über jeweils einem Profilbereich angeordnet sein. Vorzugsweise besteht ein Oberflächenprofil aus zwei gleichartigen Profilbereichen, die zueinander in Bewegungsrichtung versetzt angeordnet sind. Zwei quer zur Bewegungsrichtung nebeneinander angeordnete Sensoren erfassen daher bei der Bewegung des zweiten Elements gegenüber dem ersten Element einen bestimmten Periodenpunkt, wie etwa ein Periodenmaximum eines Profilbereichs zu unterschiedlichen Zeiten.

Die periodische Oberflächenstruktur eines Profilbereichs kann z.B. durch wenigstens zwei periodisch abwechselnde Höhenniveaus entstehen. Der Abstand zwischen einem Sensor und der Oberfläche des zweiten Elements wechselt daher bei der Bewegung der Elemente gegeneinander periodisch entsprechend den abwechselnden Höhenniveaus. Hierfür kann z.B. eine einfache Nockenwelle oder -scheibe verwendet werden. Ferner kann ein Profilbereich eines Oberflächenprofils des zweiten Elements durch periodisch angeordnete Löcher oder Aussparungen an der Oberfläche ausgebildet sein. Der Lichtstrahl eines Strahlenemitters eines optischen Sensors kann dann bei einer Bewegung der Elemente gegeneinander entweder durch die Löcher oder Aussparungen hindurchtreten oder von der Oberfläche reflektiert werden. Die Löcher oder Aussparungen auf dem Oberflächenprofil des zweiten Elements können z.B. durch eine oder mehrere Loch- oder Schlitzscheiben gebildet werden, die auf dem zweiten Element befestigt sind.

Weiter ist es möglich, die Profilbereiche des Oberflächenprofils durch sich periodisch abwechselnde Hell- und Dunkelfelder auszubilden. Dies kann z.B. durch eine Färbung des zweiten Elements oder durch einen zusätzlichen Ring oder Streifen auf dem zweiten Element vorgesehen werden. Ein Lichtstrahl eines Strahlenemitters wird von den hellen und dunklen Feldern unterschiedlich absorbiert bzw. reflektiert. Die periodische Oberflächenstruktur eines Profilbereichs verläuft an dem zweiten Element vorzugsweise in Umfangsrichtung oder in Längsrichtung einer Längsachse des Injektionsgeräts. Besonders bevorzugt besteht das Oberflächenprofil des zweiten Elements aus Profilbereichen, deren periodische Oberflächenstruktur sich sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung des Injektionsgeräts erstrecken.

Die Auswahl eines bestimmten Oberflächenprofils wird durch die Art eines verwendeten optischen Sensors bestimmt. Bei Verwendung eines Laserdetektors misst der optische Sensor den vorbestimmten Profilverlauf bei der Bewegung der Elemente relativ zueinander, indem z.B. bei der Bewegung periodisch wechselnde Höhenniveaus, bzw. der wechselnde Abstand zwischen dem Sensor und der Oberfläche des zweiten Elements abgetastet wird. Kommt ein Reflexdetektor als optischer Sensor zum Einsatz, wird im Allgemeinen die Intensität des von dem Oberflächenprofil reflektierten Lichts gemessen. Die Intensität wechselt während der Bewegung der Elemente gegeneinander z.B. durch einen periodisch wechselnden Abstand zwischen der Oberfläche des zweiten Elements und dem Sensor aufgrund wechselnder Höhenniveaus eines Profilbereichs.

Es ist auch möglich, eine Intensitätsänderung am Sensor durch unterschiedliche Winkelstellungen der Oberfläche des zweiten Elements zum Sensor zu erzeugen, so dass ein auf die Oberfläche einfallender Lichtstrahl des Detektors entsprechend dem vorbestimmten Oberflächenprofil in unterschiedliche Richtungen reflektiert wird. Ein Profilbereich kann dabei durch verschiedene schräg zur Einfallsrichtung des Lichtes verlaufende Flächen gebildet werden. Die Flächen des Oberflächenprofils sind dann auch schräg zur Längsachse des Injektionsgeräts angeordnet.

Ferner ist es möglich, bei Verwendung eines Reflexdetektors einen vorbestimmten Profilverlauf dadurch zu erzeugen, dass der Lichtstrahl von hellen und dunklen Feldern des Oberflächenprofils mehr oder weniger reflektiert wird. Letztlich kann bei Verwendung einer Lichtschranke der vorbestimmte Profilverlauf durch die periodische Anordnung von Löchern oder Aussparungen z.B. auf einer Loch- oder Schlitzscheibe erzeugt werden.

Bei der Ausgestaltung der Profilbereiche des Oberflächenprofils ist es auch möglich, zusätzlich zu der periodischen Oberflächenstruktur einen Referenzpunkt vorzusehen, der sich von der periodischen Oberflächenstruktur absetzt. Dies ist z.B. durch ein besonders hohes oder tiefes Höhenniveau bei periodisch abwechselnden Höhenniveaus eines Profilbereichs, durch ein besonders großes oder schmales Loch auf einer Lochscheibe möglich oder eine Fläche mit einer zu den übrigen Flächen unterschiedlichen Winkelstellung zum Sensor.

Der von dem jeweiligen Sensor aufgenommene Profilbereich wird als Messsignal an einen Mikroprozessor in dem Injektionsgerät gesendet, der die einzelnen Messsignale miteinander verarbeitet und daraus die Stellung des ersten und zweiten Elements zueinander ermittelt. Aus dieser neu ermittelten Stellung und der Ausgangsstellung vor der Bewegung der Elemente zueinander oder einer anderen Referenzstellung kann dann z. B. eine Dosiseinstellung oder eine verabreichte Produktmenge errechnet werden. Hierfür ist die Ausgangsstellung vor der Bewegung vorzugsweise in einem Speicher abgelegt und auch die neu berechnete Stellung wird als neue Ausgangsstellung in dem Speicher gespeichert. Die ermittelten Daten der Dosiseinstellung oder der Produktmenge können z.B. von einer optischen Anzeige abgelesen werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektionsgeräts sind zwei optische Sensoren an einem ersten Element angeordnet, das gegenüber einem Gehäuse des Injektionsgeräts feststeht. Das zweite Element wird von einem Schubelement, das in Längsrichtung einer Längsachse des Geräts relativ zum Gehäuse verschiebbar ist, oder von einem Drehelement gebildet, das um die Längsachse des Geräts relativ zum Gehäuse drehbar ist, wie sie vorher für eine Verabreichungs- oder Dosiereinrichtung beschrieben wurden.

Bei der Bestimmung der Einstellung des ersten und zweiten Elements zueinander können auch diskrete Einstellpositionen gemessen werden. Eine diskrete Einstellposition kann z. B. einer Periode oder einer halben Periode der periodischen Oberflächenstruktur eines Profilbereichs entsprechen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn entsprechend den diskreten Einstellpositionen für eine Bewegungsrichtung auf einem zweiten Element ein zur Messung einer anderen Bewegungsrichtung geeignetes Oberflächenprofil vorgesehen ist. Sind z.B. mehrere diskrete Einstellpositionen auf dem Umfang eines Drehelements bestimmt, ist es möglich, entsprechend diesen diskreten Drehpositionen auf einem Schubelement das Oberflächenprofil durch mehrere gleichartige Profilbereichskombinationen mit einer periodischen Oberflächenstruktur in Längsrichtung des Geräts vorzusehen. Jeder diskreten Drehposition ist dann ein Oberflächenprofilbereich zugeordnet, der die Messung einer Bewegung in Längsrichtung des Schubelements z. B. anschließend an die Messung der Drehbewegung des Drehelements ermöglicht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die zwei Sensoren sowohl dem Drehelement als auch dem Schubelement gegenüberliegen und damit auch dem entsprechenden Profilbereich des Drehelements und des Schubelements gegenüberliegen. Bevorzugt wird dabei das Drehelement und das Schubelement durch ein einziges Element gebildet, das sowohl gegenüber dem ersten Element verdreht als auch verschoben werden kann. Dies kann z.B. durch eine Hülse des Geräts gegeben sein, die zur Dosiseinstellung um die Längsachse des Geräts verdreht wird und zur Verabreichung des Produkts aus dem Gerät gegenüber dem ersten Element verschoben wird.

Es ist denkbar, zusätzlich zu den zwei optischen Sensoren einen dritten optischen Sensor vorzusehen, der als Kontrollschalter für die beiden optischen Sensoren dient. Durch einen dritten optischen Sensor kann die Sicherheit des Injektionsgeräts deutlich verbessert werden. Das Oberflächenprofil für den dritten optischen Sensor kann z. B. derart ausgebildet sein, dass er jedes Mal eine Oberflächenänderung registriert, wenn entweder der erste oder der zweite Sensor eine Änderung aufnimmt. Für den Fall, dass der dritte Sensor eine Oberflächenänderung registriert und keiner der beiden anderen Sensoren eine Änderung aufnimmt, arbeitet das Injektionsgerät fehlerhaft.

Durch die Verwendung von optischen Sensoren werden die Gestaltungsmöglichkeiten im Inneren einer Verabreichungsvorrichtung erhöht, da der Abstand zwischen einem optischen Sensor und des für die Messung erforderlichen Oberflächenprofils sehr flexibel ist. Ferner sind die optischen Sensoren als herkömmliche, sehr kleine Bauelemente erhältlich, sodass die Baugröße einer Verabreichungsvorrichtung reduziert werden kann. Die optischen Sensoren sind meist als Standardbauteile erhältlich, wodurch die Vorrichtung kostengünstig in der Herstellung ist. Durch die Kombination von wenigstens zwei optischen Sensoren und die Abstimmung des mit den Sensoren zusammenwirkenden Oberflächenprofils kann die Einstellung zweier Elemente zueinander sehr genau und zuverlässig bestimmt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur berührungslosen Messung einer Stellung zwischen relativ zueinander beweglichen Elementen einer Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts, insbesondere eines Injektionsgeräts, wird ein Gerät mit wenigstens zwei zueinander feststehenden optischen Sensoren verwendet, die an wenigstens einem ersten Element angeordnet sind und einem Oberflächenprofil auf einem zweiten Element gegenüberliegen, das zu dem ersten Element beweglich ist. Demnach wird ein Injektionsgerät verwendet, wie es vorstehend beschrieben ist. Insbesondere wird das Verfahren in einem Injektionsgerät eingesetzt, das eine Verabreichungseinrichtung mit einem in Längsrichtung der Längsachse des Geräts beweglichen Schubelement und eine Dosiereinrichtung mit einem um die Längsachse drehbaren Drehelement umfasst. Ferner wird vorzugsweise als erstes Element ein zu einem Gehäuse des Injektionsgeräts feststehendes Element oder das Gehäuse selbst verwendet.

Erfindungsgemäß wird jeder der optischen Sensoren bei einer Bewegung des ersten Elements gegenüber dem zweiten Element über das Oberflächenprofil des zweiten Elements bewegt und nimmt dabei jeweils einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf auf. Die von den jeweiligen Sensoren aufgenommenen Profilverläufe werden miteinander verarbeitet, um die bei der Bewegung zurückgelegte Wegstrecke zu bestimmen. Bei einem Schubelement einer Verabreichungseinrichtung kann diese Wegstrecke dem Vorschub eines Kolbens entsprechen, wodurch eine aus dem Gerät verabreichte Produktmenge bestimmt ist. Bei einem Drehelement einer Dosiereinrichtung entspricht die zurückgelegte Wegstrecke einer Winkelstrecke, durch die die Veränderung einer Dosiereinstellung angegeben werden kann. Grundsätzlich ist es möglich, eine zurückgelegte Wegstrecke mit nur einem Sensor zu bestimmen. Durch die Verarbeitung der unterschiedlichen Profilverläufe verschiedener Sensoren kann jedoch die zurückgelegte Wegstrecke zuverlässig und in feinen Abstufungen nahezu kontinuierlich bestimmt werden, auch wenn die Periodizität eines einzelnen Oberflächenbereichs eine derart feine Abstufung einer Messung nicht erlauben kann. Zur Ermittlung der Stellung des ersten Elements zu dem zweiten Element werden die von den Sensoren aufgenommenen Profilverläufe als Messsignale an einen Mikroprozessor abgegeben und die zurückgelegte Wegstrecke einer Ausgangsstellung vor Beginn der Bewegung oder zu einer Referenzstellung in Beziehung gesetzt, wie vorher erläutert wurde.

Ein Oberflächenprofil des zweiten Elements weist einen oder mehrere Profilbereiche mit einer vorbestimmten periodischen Oberflächenstruktur auf, wie sie beispielsweise vorstehend beschrieben wurde. Um einen vorbestimmten Profilverlauf aufzunehmen, werden die optischen Sensoren bei der Bewegung der Elemente gegeneinander über einen Profilbereich des Oberflächenprofils geführt. Ein Lichtstrahl eines optischen Sensors wird dabei gemäß der periodischen Oberflächenstruktur des Profilbereichs unterschiedlich beeinflusst, wodurch bei der Bewegung der vorbestimmte Profilverlauf entsteht. Die optischen Sensoren können einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf aufnehmen, indem sie wie oben beschrieben über dem selben Profilbereich oder über verschiedenen Profilbereichen angeordnet sind. Werden die optischen Sensoren über die Profilbereiche geführt, bzw. werden die Profilbereiche an den optischen Sensoren vorbeibewegt, wird ein charakteristischer Punkt der periodischen Oberflächenstruktur von den optischen Sensoren zeitversetzt aufgenommen. Ein solcher charakteristischer Punkt kann z.B. durch die Kante von wechselnden Höhenniveaus oder durch den Beginn eines Loches oder einer Aussparung gebildet werden.

Die periodische Oberflächenstruktur eines Profilbereichs des Oberflächenprofils kann nicht beliebig eng ausgebildet werden. Die kürzest mögliche messbare Wegstrecke wird daher durch die periodische Oberflächenstruktur bestimmt. Bei einer periodischen Oberflächenstruktur aus zwei sich periodisch abwechselnden Höhenniveaus ist die minimal messbare Streckeneinheit z.B. durch den Abstand zweier Kanten der Höhenniveauübergänge gegeben. Bei einer Lochscheibe wird der minimal messbare Abstand z.B. durch den Abstand zwischen den Löchern definiert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bei der Bewegung der Elemente zueinander von den Sensoren unterschiedliche vorbestimmte Profilverläufe aufgenommen und miteinander verarbeitet. Dadurch wird es möglich, auch kürzere Strecken als die von einem Sensor minimal messbare Wegstrecke zu bestimmen, da innerhalb der minimal messbaren Wegstrecke eines Sensors z.B. ein charakteristischer Punkt eines von einem anderen Sensor aufgenommenen Profilverlaufs liegen kann.

Besonders vorteilhaft ist es, dass durch die Verarbeitung der unterschiedlichen Profilverläufe auf einfache Weise auch die Bewegungsrichtung der Elemente zueinander bestimmt werden kann. Besteht ein Oberflächenprofil z.B. aus einem ersten und einem zweiten nebeneinander angeordneten Profilbereich, die die gleiche periodische Oberflächenstruktur in Form von periodisch wechselnden Stufen aufweisen, und aus zwei Sensoren, die quer zur Bewegungsrichtung nebeneinander jeweils über einem Profilbereich angeordnet sind, dann wird in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung die Kante einer Stufe der Profilbereiche zuerst von dem einen oder von dem anderen Sensor registriert. Aus einem solchen charakteristischen Verhältnis der unterschiedlichen von den Sensoren gemessenen Profilverläufe ist die Bewegungsrichtung der Elemente zueinander auf einfache Weise bestimmbar.

Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem von einer Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts, wie etwa ein Injektionsgerät, mit einer Messeinrichtung zur berührungslosen Messung einer Stellung zwischen zueinander beweglichen Elementen erfüllt, deren Messeinrichtung einen optischen Sensor an einem ersten Element umfasst, der einem zweiten zu dem ersten Element beweglichen Element zugewandt ist. Das erste und das zweite Element des Injektionsgeräts sind in radialer Richtung zur Längsachse des Injektionsgeräts beweglich, sodass sich der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Element ändert.

Vorzugsweise ist dabei wiederum der optische Sensor an einem relativ zu einem Gehäuse des Injektionsgeräts feststehenden ersten Element oder an dem Gehäuse selbst angeordnet. Das zweite Element kann z.B. ein Schieber oder ein Resetring einer Verriegelungseinrichtung des Injektionsgeräts sein, der in einer ersten Position das Gerät entriegelt und in einer zweiten zu der ersten Position in radialer Richtung der Längsachse versetzten Position das Gerät verriegelt.

Der optische Sensor ist daher dem zweiten Element derart gegenüberliegend angeordnet, dass er den sich verändernden Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Element bei der Bewegung der Elemente gegeneinander messen kann. Bei der Bewegung der Elemente wird ein Lichtstrahl des optischen Sensors von einer dem Sensor gegenüberliegenden Oberfläche des zweiten Elements entsprechend dem sich verändernden Abstand unterschiedlich abgelenkt oder reflektiert und dieser Unterschied von dem Sensor registriert.

Grundsätzlich ist es möglich, dass das radial zur Längsachse bewegliche Element gleichzeitig auch entlang der Längsachse oder um die Längsachse beweglich ist. Dann ist es vorteilhaft, wenn die dem ersten Element gegenüberliegende Oberfläche ein Oberflächenprofil mit einem Profilbereich oder mehreren Profilbereichen aufweist, die für verschiedene Dreh- oder Längsstellungen charakteristisch sind. Hierfür kann das Oberflächenprofil z.B. aus verschiedenen Stufen oder aus einer zur radialen Bewegungsrichtung schräg verlaufenden Oberfläche bestehen. Auf diese Weise kann mit dem optischen Sensor gleichzeitig eine Längsstellung, eine Drehstellung und eine radiale Stellung bestimmt werden.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine präzise Messung der Einstellung von Einrichtungen eines Injektionsgeräts durch den Einsatz von optischen Sensoren und mit diesen zusammenwirkenden besonders ausgebildeten Oberflächen. Dabei ist es natürlich möglich, unterschiedliche Arten optischer Sensoren miteinander zu kombinieren sowie die Stellung von unterschiedlichen Paaren erster und zweiter Elemente zu messen. Die Messsignale der verschiedenen Sensoren oder die ermittelten Einstellungen von Elementenpaaren können dann wiederum miteinander verarbeitet werden und zu einer genauen Überwachung des Injektionsgeräts beitragen. Vorteilhafterweise werden jedoch die optischen Sensoren derart angeordnet und die Oberflächenprofile in einer Weise ausgebildet, dass mit nur wenigen Sensoren mehrere Elemente oder Bewegungsrichtungen vermessen werden können.

Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft anhand den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen veranschaulicht; in der Zeichnung stellen dar:
1 einen Längsschnitt durch einen Bereich eines Injektionsgeräts mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung mit Laserabtastung, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Darstellung als Querschnitt durch ein Drehelement der Injektionsvorrichtung aus 1,
3a und 3b einen Längsschnitt durch den Bereich des Injektionsgeräts mit einer Verriegelungseinrichtung, gemäß der ersten Ausführungsform
4a und 4b einen Querschnitt durch den Bereich des Injektionsgeräts aus den
3a und 3b mit einem radial verschiebbaren Element in einer ersten und einer zweiten Stellung,
5 einen Längsschnitt durch einen Bereich eines Injektionsgeräts mit einer Messeinrichtung mit einer Reflexionsabtastung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6 eine schematische Darstellung als Querschnitt durch ein Drehelement aus 5,
7a und 7b einen Längsschnitt durch eine Verriegelungseinrichtung des Injektionsgeräts in einer entriegelten und einer verriegelten Stellung gemäß der zweiten Ausführungsform,
8 einen Längsschnitt durch einen Bereich eines Injektionsgeräts mit einer Messeinrichtung mit Lichtschrankenabtastung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
9 eine schematische Darstellung als Querschnitt durch ein Drehelement aus Figur und
10a und 10b einen Längsschnitt durch eine Verriegelungseinrichtung des Injektionsgeräts in einer entriegelten und einer verriegelten Stellung gemäß der dritten Ausführungsform.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines Injektionsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Injektionsgerät weist ein Gehäuse 1 auf, in dem eine Dosier- und eine Verabreichungseinrichtung des Injektionsgeräts untergebracht sind. Die Dosiereinrichtung weist einen Dosierknopf 2 auf, der aus dem Gehäuse 1 herausragt. In der Verlängerung weist der Dosierknopf 2 innerhalb des Gehäuses 1 eine Hülse 3 auf, die eine Drehbewegung des Dosierknopfes 2 für eine Dosiseinstellung auf die Dosiereinrichtung übertragt. Dabei bewegt sich die Hülse 3 innerhalb des Gehäuses 1 um die Längsachse des Injektionsgeräts und relativ zu dem Gehäuse 1. Der Dosierknopf 2 kann zur Verabreichung einer Produktdosis in das Gehäuse 1 hineingedrückt werden, wobei die Hülse 3 in Längsrichtung der Längsachse des Injektionsgeräts vorgeschoben wird und sich in Längsrichtung zu dem Gehäuse 1 bewegt. Durch das Eindrücken des Dosierknopfes 2 wird eine Produktdosis aus dem Injektionsgerät verabreicht. In 1 ist die Verabreichungseinrichtung mit diversen weiteren Elementen dargestellt, die aber nicht näher bezeichnet sind. Zur Veranschaulichung der Erfindung soll beispielhaft für andere zueinander bewegliche Elemente die Bestimmung der Einstellung der Hülse 3 gegenüber dem Gehäuse 1 beschrieben werden. Dabei wird im Sinne der Erfindung das Gehäuse 1 als erstes Element und die Hülse 3 als zweites Element betrachtet.
An dem Gehäuse 1 ist ein Balken oder eine schmale Platte 4 befestigt, der zu dem Gehäuse 1 gehört und an dem drei optische Sensoren in Form von Laserdetektoren 5, 6 und 7 angebracht sind. Die Laserdetektoren sind in Längsrichtung des Injektionsgeräts nebeneinander angebracht. An der Hülse 3 ist den Sensoren 5 und 6 gegenüberliegend ein Oberflächenprofil 8 mit einem ersten Profilbereich A und einem zweiten Profilbereich B vorgesehen. Die Profilbereiche A und B weisen eine periodische Oberflächenstruktur in Form von zwei unterschiedlichen abwechselnden Höhenniveaus auf. Hierfür sind auf einer auf der Hülse 3 aufgesetzten Scheibe Stufen gleicher Länge in Umfangsrichtung angeordnet, die sich nach einem bestimmten Abstand wiederholen. Die Scheibe ist an die Drehbewegung der Hülse 3 gekoppelt, bleibt jedoch in Ruhe, wenn die Hülse 3 in Längsrichtung bewegt wird. Wie der 1 zu entnehmen ist, ist der Laserdetektor 5 gegenüber dem ersten Profilbereich A angeordnet und tastet diesen mit einem Lichtstrahl ab. Weiter ist der Laserdetektor 6 gegenüber dem zweiten Profilbereich B angeordnet und tastet dieses ebenfalls mit einem Lichtstrahl ab.
Die Messsignale der Laserdetektoren 5, 6 und 7 werden zur Verarbeitung an einen Mikroprozessor 10 weitergeleitet, der aus den gemessenen Daten die Stellung der Hülse 3 gegenüber dem Gehäuse 1 ermittelt und z.B. in einen Wert der Dosiseinstellung oder der Verabreichung umwandelt. Die ermittelten Werte werden auf einer Anzeige 11 angegeben, die unterhalb einem transparenten Bereich des Gehäuses 1 angeordnet ist.
In 2 ist ein schematischer Schnitt durch den Bereich der Hülse 3 mit dem erfindungsgemäßen Oberflächenprofil gezeigt. Dort ist der zweite Profilbereich B mit seiner Stufenform im Vordergrund als durchgezogene Linie erkennbar. Die Stufen des ersten Profilbereichs A sind durch die durchgezogenen Linien, die von dem Stufenverlauf des zweiten Profilbereichs B nach links versetzt sind, und durch die gestrichelten Linien innerhalb der Stufen des Profilbereichs B darstellt. Daraus ergibt sich, dass in der 2 der erste Profilbereich A gegenüber dem zweiten Profilbereich B in Umfangsrichtung, d.h. in Bewegungsrichtung der Hülse 3 gegenüber dem Gehäuse 1, versetzt entgegen dem Uhrzeigersinn angeordnet ist. Ferner ist der 2 zu entnehmen, dass eine Kante einer Stufe des ersten Profilbereichs A nicht in der Mitte einer Stufenfläche des Profilbereichs B liegt. Dadurch wird vermieden, dass der Sensor 5 und der Sensor 6 bei der Bewegung der Hülse 3 gegenüber dem Gehäuse 1 gleichzeitig die Änderung eines Höhenniveaus durch die Abtastung einer Kante der Stufen sowohl an dem ersten Profilbereich A als auch an dem zweiten Profilbereich B aufnimmt.
In 2 sind die Abtastungen der Sensoren 5 und 6 an verschiedenen Einstellungen des Oberflächenprofils 8 gegenüber dem Gehäuse 1 dargestellt. Dabei gibt die Bezeichnung A0 an, dass der Sensor 5 auf dem ersten Profilbereich A eine Stufe registriert. Bei A1 wird ein Tal zwischen den Stufen registriert. Entsprechend registriert bei einer Stellung B0 der Laserdetektor 6 eine Stufe des zweiten Profilbereichs B und bei der Stellung B1 ein Tal zwischen den Stufen des zweiten Profilbereichs B. Bei einer Stellung A1/B1 nimmt die Hülse 3 gegenüber dem Gehäuse 1 z.B. eine Stellung ein, in der sowohl der Laserdetektor 5 als auch der Laserdetektor 6 ein Tal registrieren. Bei einer Stellung A0/B0 messen beide Detektoren eine Stufe des ersten Profilbereichs A, bzw. des zweiten Profilbereichs B. In einer Stellung A0/B1 misst der Laserdetektor 5 eine Stufe des ersten Profilbereichs A und der Laserdetektor 6 misst ein Tal des zweiten Profilbereichs B. Bei der Bewegung der Hülse 3 gegenüber dem Gehäuse 1 über eine bestimmte Wegstrecke messen die Laserdetektoren 5 und 6 daher einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf, indem sie die einzelnen Stellungen, die während der Bewegung an ihnen vorbeigeführt werden, aufnehmen. Dadurch kann z.B. die Bewegungsrichtung der Hülse 3 ermittelt werden, da bei einer Bewegung in Uhrzeigerrichtung in 2 zuerst der Laserdetektor 6 eine Stufe des zweiten Profilbereichs B und erst kurz danach der Laserdetektor 5 eine Stufe des ersten Profilbereichs A misst. Bei einer Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn in 2 misst zuerst der Laserdetektor 5 eine Stufe des ersten Profilbereichs A und erst anschließend der Laserdetektor 6 eine Stufe des zweiten Profilbereichs B.
In den 3a und 3b ist ein Ausschnitt aus 1 gezeigt, in dem eine Verriegelungseinrichtung des Injektionsgeräts mit einem Schieber 12 gezeigt ist, der gegenüber dem Gehäuse 1 in radialer Richtung zur Längsachse des Injektionsgeräts verschiebbar ist. Der Schieber 12 ist hierfür als ovalförmiger Ring um die Hülse 3 ausgebildet. In 3a ist der Schieber 12 in einer entriegelten Stellung gezeigt, in der er der Oberfläche der Hülse 3 gegenüber liegt. In 3b ist der Schieber 12 in einer verriegelten Stellung gezeigt, in der der Dosierknopf 2 in das Gehäuse 1 eingedrückt ist, sodass die Hülse 3 in Längsrichtung des Injektionsgeräts vorgeschoben wurde, bis ein in Richtung der Hülse 3 weisender Vorsprung 13 des Schiebers 12 in eine Nut 14 an der Hülse 3 eingreift und somit ein weiteres Eindrücken des Dosierknopfes 2 verhindert. Der Schieber 12 ist gegenüber dem Laserdetektor 7 angeordnet. In der entriegelten Stellung der 3a wird zwischen dem Laserdetektor 7 und der dem Detektor zugewandten Oberfläche des Schiebers 12 ein erster Abstand definiert. Bei der verriegelten Stellung des Schiebers 12 greift der Vorsprung 13 in die Nut 14 ein und der Abstand der Oberfläche des Schiebers 12 zum Laserdetektor 7 vergrößert sich. Diese Abstandsänderung wird von dem Laserdetektor 7 registriert und als Messsignal an den Mikroprozessor 10 weitergeleitet, der dann die Verriegelungsstellung auf der Anzeige 11 angeben kann.
In den 4a und 4b ist ein Querschnitt durch den Schieber 12 der Verriegelungseinrichtung gezeigt. In 4a ist der Schieber 12 in einer entriegelten Stellung dargestellt, in der bereits vorgespannte Federn 15 auf ihn einwirken. Ein Widerlager für die Federn 15 kann z. B. durch den Balken 4 gegeben sein. Beim Eindrücken des Dosierknopfes 2 wird die Hülse 3 so lange in Längsrichtung verschoben, bis der Vorsprung 13 in die Nut 14 eingreift, wie in 4b gezeigt ist. Dabei drücken die Federn 15 durch ihre Vorspannung den Schieber 12 in die Nut 14, sodass sich der Schieber 12 in radialer Richtung sowohl zu dem Gehäuse 1 als auch zu der Hülse 3 bewegt.
In 5 ist eine zweite Ausführungsform eines Injektionsgeräts mit einer Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform sind an dem Balken 4 des Gehäuses 1 Reflexdetektoren 16, 17 und 18 als optische Sensoren befestigt. Die Reflexdetektoren 16, 17 und 18 umfassen einen Strahlenemitter und einen Strahlenempfänger, die in einem vorbestimmten Abstand nebeneinander angeordnet sind. Das Oberflächenprofil 8 besteht wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel aus einem ersten Profilbereich A und einem zweiten Profilbereich B, wobei der erste Profilbereich A dem Reflexdetektor 16 und der zweite Profilbereich B dem Reflexdetektor 17 gegenüber liegt. In dieser Ausführungsform wechseln sich auf den Profilbereichen A und B eine Stufe und eine zwischen den Stufen schräg verlaufende Fläche periodisch ab. Die schräge Fläche fällt dabei von einer Seite des Profilbereichs zur anderen Seite ab, sodass ein von dem Strahlenemitter ausgesendeter Lichtstrahl mit dieser schrägen Fläche einen Winkel derart einschließt, dass er von der Fläche auf den Strahlenempfänger reflektiert wird. Wird die Hülse 3 gegenüber dem Gehäuse 1 in Umfangsrichtung des Injektionsgeräts gedreht, sodass dabei die Profilbereiche A und B an den Reflexdetektoren 16 und 17 vorbeigeführt werden, liegen den Detektoren entweder eine Stufe oder eine schräge Fläche gegenüber. Vorzugsweise werden die Detektoren 16 und 17 so nah gegenüber dem Oberflächenprofil 8 angeordnet, dass eine Stufe eines Profilbereichs dicht an diesem vorbeigeführt wird, während bei einer schrägen Fläche ein kleiner Abstand zwischen der Fläche und den Detektoren verbleibt. Liegt einem Detektor 16 oder 17 eine Stufe eines Profilbereichs gegenüber, wird kein emittiertes Licht zu dem Strahlempfänger reflektiert. Liegt ein Detektor 16 oder 17 einer schrägen Fläche gegenüber, wird ein Lichtstrahl von dem Strahlenemitter an der schrägen Fläche in Richtung eines Strahlenempfängers reflektiert, der diesen Lichtstrahl registriert. Auf diese Weise können die Reflexdetektoren 16 und 17 bei der Bewegung der Hülse 3 gegenüber dem Gehäuse 1 einen vorbestimmten Profilverlauf aufnehmen.
In 6 sind vergleichbar mit 2 verschiedene Einstellmöglichkeiten des ersten Profilbereichs A und des zweiten Profilbereichs B gegenüber den quer zur Bewegungsrichtung nebeneinander angeordneten Reflexdetektoren 16 und 17 dargestellt. Im Vordergrund ist der erste Profilbereich A gezeigt, bei dem ein bis zum Rand schraffierter Bereich eine Stufe des ersten Profilbereichs A und ein weißbleibender Bereich eine schräge Fläche des ersten Profilbereichs A darstellt. Hinter dem ersten Profilbereich A ist eine zweiter Profilbereich B gezeigt, bei dem die schrägen Flächen durch die schattierten Bereiche und gestrichelte Linien und die Stufen durch nichtschattierte Bereiche dargestellt sind. Die beiden Profilbereiche A und B sind wiederum in Bewegungsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Wie in 2 sind mehrere Einstellungsmöglichkeiten der Profilbereiche A und B gegenüber den Reflexdetektoren 16 und 17 dargestellt. Beispielsweise gibt die Stellung A1/B0 an, dass dem Reflexdetektor 16 eine schräge Fläche des ersten Profilbereichs A und dem Reflexdetektor 17 eine Stufe des zweiten Profilbereichs B gegenüber liegt. Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel registrieren die Reflexdetektoren 16 und r beim Vorbeiführen des Oberflächenprofils 8 durch die Ausbildung des ersten Profilbereichs A und des zweiten Profilbereichs B einen unterschiedlichen vorbestimmen Profilverlauf.
In den 7a und 7b ist ein Bereich aus 5 des Injektionsgeräts mit einer Verriegelungseinrichtung wie bei den 3a und 3b gezeigt. Die dem Reflexdetektor 18 gegenüberliegende Oberfläche des Schiebers 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer schrägen Fläche versehen. In 7a wird ein Lichtstrahl des Reflexdetektors an der schrägen Fläche derart reflektiert, dass er den Strahlenempfänger des Detektors trifft. In 7b ist der Vorsprung 13 des Schiebers 12 in die Nut 14 an der Hülse 3 eingerastet, wodurch sich der Abstand zwischen der Oberfläche des Schiebers 12 und dem Reflexdetektor 18 vergrößert. In dieser verriegelten Stellung wird der Lichtstrahl an der schrägen Fläche derart reflektiert, dass er nicht mehr auf den Strahlenempfänger des Detektors 18 trifft, sondern an diesem vorbeigeführt wird. Auf diese Weise kann der Reflexdetektor 18 die radiale Einstellung des Schiebers 12 gegenüber der Hülse 3 oder dem Gehäuse 1 ermitteln.
In 8 ist eine dritte Ausführungsform eines Injektionsgeräts mit einer Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dort sind an dem Balken 4 des Gehäuses 1 drei optische Sensoren 19, 20 und 21 in Form von gabelförmigen Lichtschranken angebracht. Eine der Lichtschranken weist zwei sich gegenüberliegende Arme auf, wobei ein Arm einen Strahlenemitter und der andere Arm einen Strahlenempfänger besitzt. Das mit der Hülse 3 verbundene Oberflächenprofil 8 wird durch eine erste Lochscheibe 22 als erster Profilbereich A und eine zweite Lochscheibe 23 als zweiter Profilbereich B gebildet. Die Lochscheibe 22 verläuft zwischen den Gabelarmen der Lichtschranke 19 und die Lochscheibe 23 verläuft zwischen den Gabelarmen der Lichtschranke 20. Auf den Lochscheiben 22 und 23 sind in einer sich periodisch wiederholenden Oberflächenstruktur Löcher vorgesehen. Kommt ein Loch innerhalb einer Lichtschranke zu liegen, kann der emittierte Lichtstrahl von dem Strahlenempfänger registriert werden, liegt die Scheibenfläche zwischen den Gabeln, wird kein Lichtstrahl registriert.
In 9 ist schematisch die Anordnung der beiden Profilbereiche A und B bzw. der beiden Lochscheiben 22 und 23 zueinander im Querschnitt dargestellt. Die periodische Oberflächenstruktur eines Profilbereichs A oder B wird durch in Umfangsrichtung langgestreckte Löcher in den Lochscheiben gebildet. Dabei ist im Vordergrund die Lochscheibe 23 als zweiter Profilbereich B mit Löchern gezeigt, die als durchgezogene Linie dargestellt sind. Dahinter ist die Lochscheibe 22 als erster Profilbereich A mit Löchern gezeigt, die als gestrichelte Linien eingezeichnet sind. Die Lochscheiben sind in Bewegungsrichtung zueinander versetzt angeordnet, um einen unterschiedlichen Profilverlauf für die beiden Lichtschranken 19 und 20 bei der Bewegung der Hülse 3 gegenüber dem Gehäuse 1 vorzusehen. Bei der Anordnung der Lochscheiben wurde darauf geachtet, dass keine symmetrische Verschiebung entsteht, d. h. dass nicht ein Mittelpunkt eines Lochs des Profilbereichs A auf einem Mittelpunkt des Bereichs zwischen zwei Löchern des Profilbereichs B zu liegen kommt. Wie in den 2 und 6 sind verschiedene Einstellungsmöglichkeiten der Lochscheiben 22 und 23 gegenüber den Lichtschranken 19 und 20 dargestellt. In der Stellung A1/B0 befindet sich z.B. ein Loch innerhalb der Lichtschranke 19 und eine Scheibenwand innerhalb der Lichtschranke 20. Durch eine derartige Anordnung der Lochscheiben 22 und 23 können bei einer Bewegung der Hülse 3 von den Lichtschranken 19 und 20 unterschiedliche vorbestimmte Profilverläufe aufgenommen werden.
In 10a ist der Bereich des Injektionsgeräts mit der Verriegelungseinrichtung dargestellt. Der Schieber 12 weist in dieser Ausführungsform auf seiner der Lichtschranke 21 gegenüberliegenden Seite einen Vorsprung 24 auf, der in einer entriegelten Stellung zwischen die Gabelarme der Lichtschranke 21 greift, sodass der Strahlenempfänger kein Licht registriert, wie in 10a dargestellt ist. In der verriegelten Stellung, in der der Vorsprung 13 des Schiebers 12 in die Nut 14 an der Hülse 3 eingreift, vergrößert sich der Abstand zwischen dem Schieber 12 und der Lichtschranke 21 in radialer Richtung, sodass der Vorsprung 24 nicht mehr zwischen die Gabelarme der Lichtschranke 21 greift, wie in 10b darstellt ist. Der Lichtempfänger kann das ausgesandte Licht registrieren und damit die verriegelte Stellung messen.
Die Erfindung wurde anhand der drei Ausführungsbeispiele näher erläutert. Grundsätzlich ist jedoch eine Vielzahl unterschiedlicher Anordnungsmöglichkeiten der verwendeten optischen Sensoren gegenüber einem Oberflächenprofil oder auch die Ausgestaltung des Oberflächenprofils denkbar, ohne von der Erfindungsidee abzuweichen. So ist es beispielsweise möglich, zwei zusammenwirkende optische Sensoren an gegenüberliegenden Innenseiten eines Gehäuses 1 vorzusehen, oder unterschiedliche Arten von optischen Sensoren miteinander zu kombinieren. Auch können z.B. die beschriebenen Oberflächenstrukturen der Profilbereiche miteinander kombiniert werden. So ist es möglich, bei der Verwendung von Reflexdetektoren auf den schrägen Flächen des Oberflächenprofils z.B. zusätzlich helle und dunkle Felder anzuordnen. Die beschriebenen Oberflächenprofile stellen kostengünstige und einfach herzustellende Ausgestaltungen eines Oberflächenprofils dar. Es sind hierfür keine aufwendigen Nach- und Weiterbehandlungen z.B. von einfachen Spritzgussteilen erforderlich. Letztlich ist es denkbar, für einen Resetschalter weiterhin eine mechanische Abtastung einzusetzen, um den Stromverbrauch des Injektionsgeräts zu senken. Gegenüber einer berührungslosen Variante des Resetschalters, bei der ca. alle ein bis zwei Millisekunden eine Messung des Zustands des Geräts erfolgt, kann mit einem mechanischen Schalter der Stromverbrauch deutlich verringert werden.

1: Gehäuse
2: Dosierknopf
3: Hülse
4: Balken
5: Laserdetektor
6: Laserdetektor
7: Laserdetektor
8: Oberflächenproil
9
10: Mikroprozessor
11: Anzeige
12: Schieber
13: Vorsprung
14: Nut
15: Feder
16: Reflexdetektor
17: Reflexdetektor
18: Reflexdetektor
19: Lichtschranke
20: Lichtschranke
21: Lichtschranke
22: Lochscheibe
23: Lochscheibe
24: Vorsprung
A: erster Profilbereich
B: zweiter Profilbereich

Claims

Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts mit einer Messeinrichtung zur berührungslosen Messung einer Stellung zwischen wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Elementen (1; 3) der Verabreichungsvorrichtung, wobei die Messeinrichtung umfasst: a) wenigstens zwei optische Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20), die zueinander feststehend an wenigstens einem ersten Element (1) und gegenüber einem zweiten Element (3) angeordnet sind, das relativ zu dem ersten Element (1) beweglich ist, und b) ein Oberflächenprofil (8) auf dem zweiten Element (3), das bei der Bewegung des wenigstens einen ersten Elements (1) und des zweiten Elements (3) relativ zueinander für jeden der optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) einen unterschiedlichen vorbestimmten von den Sensoren messbaren Profilverlauf vorsieht.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Oberflächenprofil (8) aus einem Profilbereich (A) oder mehreren Profilbereichen (A, B) mit einer in Bewegungsrichtung periodischen Oberflächenstruktur besteht.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) einem gleichen Profilbereich (A) oder verschiedenen Profilbereichen (A, B) des Oberflächenprofils (8) gegenüber liegen.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die periodische Oberflächenstruktur eines Profilbereichs (A, B) durch wenigstens zwei periodisch abwechselnde Höhenniveaus, durch periodisch angeordnete Löcher oder Aussparungen und/oder durch periodisch abwechselnde helle und dunkle Felder gegeben ist.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die periodische Oberflächenstruktur an dem zweiten Element (3) in Umfangsrichtung und/oder in Längsrichtung der Verabreichungsvorrichtung verläuft.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Profilbereich (A, B) einen Referenzpunkt aufweist, der sich von der periodischen Oberflächenstruktur des Profilbereichs (A, B) absetzt.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Oberflächenprofil (8) aus wenigstens zwei gleichartigen Profilbereichen (A, B) gebildet ist, die zueinander in Bewegungsrichtung bezüglich des periodischen Oberflächenprofils versetzt angeordnet sind.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Oberflächenprofil (8) durch eine Nockenscheibe oder eine Loch- oder Schlitzscheibe (22, 23) gegeben ist, die an die Bewegung des zweiten Elements (3) gekoppelt ist.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein optischer Sensor (5, 6; 16, 17; 19, 20) eine optoelektronische Einheit in Form eines Laserdetektors, Reflexdetektors oder einer Lichtschranke ist.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei optische Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) nebeneinander an einem ersten Element (1) angeordnet sind.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) an einem ersten Element (1) angeordnet sind, das von einem Gehäuse (1) gebildet wird oder das gegenüber dem Gehäuse (1) feststeht.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines der beweglichen Elemente ein Schubelement, das in Längsrichtung der Verabreichungsvorrichtung relativ zu einem weiteren Element verschiebbar ist, oder ein Drehelement ist, das um die Längsachse der Verabreichungsvorrichtung relativ zu einem weiteren Element drehbar ist.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) sowohl einem Schubelement als auch einem Drehelement gegenüber liegen.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diskrete Einstellpositionen entsprechend einer Periode der periodischen Oberflächenstruktur eines Profilbereichs (A, B) bestimmt sind.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei entlang der Längsachse der Verabreichungsvorrichtung auf dem Umfang eines Schubelements mehrere gleichartige Oberflächenprofile (A, B) vorgesehen sind, die diskreten Dreheinstellungen eines Drehelements gegenüberstehen.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein dritter Sensor zur Kontrolle des wenigstens einen ersten Sensors und zweiten Sensors vorgesehen ist.
Verfahren zur berührungslosen Messung einer Stellung zwischen relativ zueinander beweglichen Elementen (1; 3) einer Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts mit wenigstens zwei zueinander feststehenden optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20), die an wenigstens einem ersten Element (1) angeordnet sind und einem Oberflächenprofil (8) auf einem zweiten Element (3) gegenüber liegen, das zu dem ersten Element (1) beweglich ist, wobei a) jeder der optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) bei einer Bewegung des wenigstens einen ersten Elements (1) relativ zu dem zweiten Element (3) entlang dem Oberflächenprofil (8) einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf des Oberflächenprofils (8) aufnimmt, b) die von den jeweiligen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) aufgenommenen Profilverläufe miteinander verarbeitet werden, um eine bei der Bewegung zurückgelegte Wegstrecke zu bestimmen, und c) zur Ermittlung der Stellung des ersten Elements (1) und des zweiten Elements (3) zueinander die zurückgelegte Wegstrecke zu einer Referenzstellung in Bezug gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei durch die Beziehung der unterschiedlichen vorbestimmten, von den Sensoren aufgenommenen Profilverläufe die Bewegungsrichtung des ersten Elements (1) und des zweiten Elements (3) zueinander bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) einen vorbestimmten Profilverlauf aufnehmen, indem sie bei der Bewegung des ersten Elements (1) gegenüber dem zweiten Element (3) über einen Profilbereich (A, B) des Oberflächenprofils (8) geführt werden, der eine vorbestimmte periodische Oberflächenstruktur aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf aufnehmen, indem sie in Bewegungsrichtung zueinander versetzt über demselben Profilbereich (A) an unterschiedlichen Periodenpunkten angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf aufnehmen, indem sie über verschiedenen Profilbereichen (A, B) mit unterschiedlicher periodischer Oberflächenstruktur angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf aufnehmen, indem sie über verschiedenen Profilbereichen (A, B) mit gleicher zueinander versetzter periodischer Oberflächenstruktur an unterschiedlichen Periodenpunkten angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei die optischen Sensoren (5, 6; 16, 17; 19, 20) einen unterschiedlichen vorbestimmten Profilverlauf aufnehmen, indem sie einen charakteristischen Punkt eines oder mehrerer Profilbereiche (A, B) zeitversetzt aufnehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei die Stellung des ersten Elements (1) und des zweiten Elements (3) zueinander als diskrete Einstellposition entsprechend einer periodischen Oberflächenstruktur eines Profilbereichs (A, B) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei vor oder nach der Messung einer diskreten Drehposition eines Drehelements eine Bewegung in Längsrichtung der Verabreichungsvorrichtung in der gemessenen diskreten Drehposition bestimmt wird.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts mit einer Messeinrichtung zur berührungslosen Messung einer Stellung zwischen wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Elementen (1; 12) der Verabreichungsvorrichtung, wobei a) die Messeinrichtung einen optischen Sensor (7; 18; 21) an einem ersten Element (1) aufweist, der einem zweiten Element (12) zugewandt ist, das zu dem ersten Element (1) beweglich ist, und b) das erste Element (1) und das zweite Element (12) in radialer Richtung zu einer Längsachse der Verabreichungsvorrichtung beweglich sind, sodass sich der Abstand zwischen dem ersten Element (1) und dem zweiten Element(12) bei der Bewegung der Elemente gegeneinander verändert.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach Anspruch 26, wobei der optische Sensor (7; 18; 21) an einem Gehäuse (1) der Verabreichungsvorrichtung oder an einem relativ zu diesem Gehäuse (1) feststehenden ersten Element angeordnet ist.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach Anspruch 26 oder 27, wobei eine dem optischen Sensor (7; 18; 21) zugewandte Oberfläche des zweiten Elements (12) eine charakteristische Oberflächenstruktur mit einem sich relativ zum ersten Element (1) ändernden Höhenprofil aufweist.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei die Oberfläche des zweiten Elements (12) eine charakteristische Oberflächenstruktur mit einem Höhenprofil entsprechend einer Dreh- oder Längsstellungen des zweiten Elements (12) zu dem ersten Element (1) aufweist.
Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei das zweite Element ein Schieber (12) einer Verriegelungseinrichtung der Verabreichungsvorrichtung ist.