Beschreibung

Die Erfindung geht aus von einem Zerstäuber, insbesondere einem Inhalator, für die

Zerstäubung eines flüssigen Wirkstoffs zu einem Aerosol sowie von einem entsprechenden Verfahren. Der Zerstäuber weist ein Wirkstoffreservoir, eine Zerstäubungsdüse und eine Pumpenanordnung auf, wobei eine Saugseite der Pumpenanordnung in das Wirkstoffreservoir und eine Druckseite der Pumpenanordnung in die Zerstäubungsdüse mündet. Die

Pumpenanordnung weist einen in einem Zylinder in Axialrichtung des Zylinders verstellbaren Kolben auf. Ein derartiger Zerstäuber ist beispielsweise aus der US 7,104,470 B2 und aus der US 5,662,271 A bekannt. Eine bespielhafte Zerstäubungsdüse ist aus der DE 10 2012 014 965 AI bekannt.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Zerstäubern ist häufig ein Einlassventil vorgesehen, welches eine Pumpenkammer der Pumpenanordnung gegenüber dem

Wirkstoffreservoir verschließt, wenn in der Pumpenkammer ein Überdruck für den Ausstoß eines Aerosols über die Zerstäubungsdüse erzeugt wird, so dass ein Zurückfließen des

Wirkstoffes aus der Pumpenkammer in das Wirkstoffreservoir vermieden wird. Wenn die Pumpenkammer erneut befüllt werden soll, wird durch Verlagern des Kolbens ein Unterdruck in der Pumpenkammer erzeugt, wodurch der Wirkstoff aus dem Wirkstoffreservoir durch das offene Einlassventil in die Pumpenkammer transportiert wird. Während des Einsaugvorgangs ist ein der Zerstäubungsdüse beigeordnetes Auslassventil verschlossen, um ein Zurückfließen von Flüssigkeit oder Luft aus der Zerstäubungsdüse in die Pumpenkammer zu vermeiden.

Für das Ansaugen des Wirkstoffes aus dem Reservoir ist der Kolben der Pumpenanordnung häufig als eine Kapillare oder als Hohlkolben ausgeführt, mit einem Rückschlagventil, welches mit einer in der Kapillare beweglichen Kugel als Verschlusselement für die Kapillare dient, wenn in der Pumpenkammer ein Überdruck erzeugt wird, um über die Zerstäubungsdüse das Aerosol auszustoßen. Derartige als Kapillare ausgebildete Pumpenkolben sind jedoch aufwendig in der Herstellung und dementsprechend kostenintensiv. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Zerstäuber der eingangs beschriebenen Art sowie ein entsprechendes Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass sie einfach und kostengünstig in der Herstellung sind.

Diese Aufgabe wird durch einen Zerstäuber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen jeweils vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Demgemäß liegt der Kolben entlang seines Außenumfangs anteilig formschlüssig an einer Innenwand des Zylinders an, wobei weiterhin anteilig ein Spalt zwischen der Innenwand des Zylinders und dem Kolben ausgebildet ist. Der Kolben ist um seine Längsachse verdrehbar in dem Zylinder gelagert und zwischen einer Saugstellung, in der eine Pumpenkammer der Pumpenanordnung über den Spalt mit der Saugseite verbunden ist, und einer Pumpstellung, in der der Kolben die Saugseite verschließt, verstellbar. Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Zerstäubern ermöglicht die beschriebene Ausbildung der Pumpenanordnung insbesondere, dass der Kolben als ein massives Bauteil ausgebildet werden kann und nicht mehr als Kapillare mit integriertem (Kugel-) Rückschlagventil ausgebildet werden muss. Ein massiver und einteilig ausgebildeter Kolben ist in der Herstellung wesentlich einfacher und damit kostengünstiger realisierbar, als der zuvor beschriebene Kolben mit integrierter Kapillare sowie Kugelrückschlagventil.

Der Außenumfang des Kolbens kann, soweit der Kolben entlang des Außenumfangs

formschlüssig an der Innenwand des Zylinders anliegt, einen Außendurchmesser aufweisen, der im Wesentlichen einem Innendurchmesser des Zylinders entspricht. Der Außendurchmesser des Kolbens kann dabei zwischen 0,1 mm und 3 mm, und besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 1 mm betragen. Entlang der formschlüssig aneinandergrenzenden Flächen von Kolben und Zylinder kann der Kolben in dem Zylinder zwischen der Pumpstellung und der Saugstellung geführt sein.

Der Außenumfang des Kolbens kann, soweit der Spalt zwischen der Innenwand des Zylinders und dem Außenumfang des Kolbens ausgebildet ist, unrund sein und insbesondere eine

Abflachung aufweisen. Der Kolben kann dabei beispielsweise als ein Rundstab ausgebildet sein, der an einem Ende, mit dem er in die Pumpenkammer hineinragt, einseitig abgeflacht ist, wobei die Abflachung beispielsweise durch lokale, seitliche Materialwegnahme, beispielsweise Anfräsen des Rundstabes, ausgebildet sein kann. Die Saugseite der Pumpenanordnung kann über einen sich in Radialrichtung des Zylinders erstreckenden und in der Saugstellung in den Spalt mündenden Durchlass mit der

Pumpenkammer verbunden sein. Dabei kann eine innere Mantelfläche am Innenumfang des Zylinders über ihre gesamte Fläche einen konstanten Krümmungsradius aufweisen und nur über den Durchlass unterbrochen sein. An einem Übergang zwischen dem Durchlass und der Innenwand des Zylinders kann ein den Durchlass umschließendes Dichtelement angeordnet sein, um die Abdichtung des Durchlasses gegenüber der Pumpenkammer in der Pumpstellung des Kolbens weiter zu verbessern.

In der Saugstellung kann der Spalt dem Durchlass zugewandt und in der Pumpstellung von dem Durchlass abgewandt sein, wobei die Saugstellung und die Pumpstellung zwei um im

Wesentlichen um 180° zueinander verdrehte Stellpositionen des Kolbens sind. Für das

Verschließen des Durchlasses in der Pumpstellung ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Kolben gegenüber der Saugstellung, in der der Spalt dem Durchlass zugewandt ist, um 180° verdreht wird. Je nach realisierbarer Fertigungstoleranz zwischen Außenumfang des Kolbens und Innenumfang des Zylinders und dadurch erreichbarer Druckdichtigkeit zwischen Durchlass und Pumpenkammer in der Pumpstellung kann die Pumpstellung gegenüber der Saugstellung auch um weniger als 180°, beispielsweise um lediglich 90° verdreht sein.

Der Kolben kann beispielsweise ein Kreiszylinder sein, der an einer parallel zur Längsachse des Kolbens verlaufenden Seite eine Ausnehmung aufweist. Insbesondere kann der Kolben ein einseitig abgeflachter Kreiszylinder sein. Eine Verbindungsfläche zwischen der kreisförmigen Mantelfläche des Kolbens und der Ausnehmung oder einer abgeflachten Seite kann abgerundet sein. Diese Ausführungsform trägt dazu bei, dass ein eventuell vorgesehenes Dichtelement, welches den Durchlass an der Innenwand des Zylinders umschließt, während des Verdrehens des Kolbens zwischen der Saugstellung und der Pumpstellung nicht beschädigt wird.

Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren für den Betrieb eines Zerstäubers der zuvor beschriebenen Art. Das Verfahren weist das Verlagern des Kolbens in Bezug auf den Zylinder in Längsrichtung von Kolben und Zylinder zwischen einer ausgezogenen Position und einer eingeschobenen Position auf.

Dabei kann vorgesehen sein, dass bei dem Verlagern des Kolbens aus der ausgezogenen Position in die eingeschobene Position der Kolben die Saugseite verschließt, während bei dem Verlagern des Kolbens aus der eingeschobenen Position in die ausgezogene Position der Spalt die

Saugseite mit der Pumpenkammer verbindet. Für das Verschließen der Saugseite kann der Kolben um seine Längsachse von der Saugstellung in die Pumpstellung verdreht werden.

Das Verfahren kann weiterhin die Schritte aufweisen:

a) Verlagern des Kolbens entlang seiner Längsrichtung aus der eingeschobenen Position in die ausgezogene Position, wobei sich der Kolben in der Saugposition befindet und wobei ein Unterdruck in der Pumpenkammer erzeugt wird, sodass ein flüssiger Wirkstoff aus dem Wirkstoffreservoir in die Pumpenkammer gezogen wird, danach

b) Drehen des Kolbens aus der Saugposition in die Pumpposition; danach c) Verlagern des Kolbens von der ausgezogenen Position in die eingeschobene Position, wobei sich der Kolben weiterhin in der Pumpposition befindet, und wobei ein Überdruck in der Pumpenkammer erzeugt und der flüssige Wirkstoff in der Pumpenkammer über die Zerstäubungsdüse aus dem Zerstäuber ausgestoßen wird; danach

d) Drehen des Kolbens aus der Pumpposition in die Saugposition.

Um weiteres Aerosol auszustoßen können die Schritte a) bis d) entsprechend der gewünschten Aerosolmenge mindestens einmal wiederholt werden.

Beschreibung der Figuren

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 einen Zerstäuber gemäß dem Stand der Technik;

Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht senkrecht zu Längsachse einer

Pumpenanordnung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zerstäubers;

Figuren 3 bis 6 schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Zerstäubers in verschiedenen Stellpositionen des Kolbens in Bezug auf den Zylinder.

Die Figur 1 zeigt einen Zerstäuber nach dem Stand der Technik. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem Wirkstoffreservoir 1 und einer Zerstäubungsdüse 2, die über eine

Pumpenanordnung 3 fluidisch miteinander verbunden sind. Über die Pumpenanordnung 3 kann ein in dem Wirkstoffreservoir 1 vorgehaltener Wirkstoff unter Druck durch die

Zerstäubungsdüse 2 hindurchgepresst werden, so dass dieses in feinste Partikel zerstäubt wird und ein Aerosol bildet. Eine geeignete Zerstäubungsdüse ist in der DE 10 2012 014 965 AI beschrieben. Der Zerstäuber kann beispielsweise als Inhalator verwendet werden.

Die Pumpenanordnung 3 weist eine Saugseite 4 und eine Druckseite 5 auf, wobei die Saugseite über eine Kapillare 7.1 in einem Kolben 7 der Pumpenanordnung 3 mit dem

Wirkstoffreservoir 1 fluidisch verbunden ist. Des Weiteren ist die Pumpenkammer 11 mit der Zerstäubungsdüse 2 fluidisch verbunden.

Der Kolben 7 ist in dem Zylinder 6 in seiner Längsrichtung x verschieblich. An seinem in die Pumpenkammer 11 hineinragenden Ende weist der Kolben 7 ein Kugelventil 12 auf, welches die Kapillare 7.1 freigibt, wenn der Kolben 7 in einer Saugbewegung aus der Pumpenkammer 11 zumindest teilweise herausgezogen wird, und dass die Kapillare 7.1 verschließt, wenn der Kolben 7 in einer Pumpbewegung weiter in die Pumpenkammer 1 eingeschoben wird. Wenn somit der Kolben 7 aus der Pumpenkammer 11 zumindest teilweise herausgezogen wird, kann durch den in der Pumpenkammer 11 entstehenden Unterdruck ein Wirkstoff aus dem

Wirkstoffreservoir 1 durch die Kapillare 7.1 in die Pumpenkammer 11 eintreten. Wenn daraufhin in einem folgenden Schritt der Kolben 7 wieder weiter in die Pumpenkammer 11 eingeschoben wird, verschließt das Kugelventil die Kapillare 7.1 aufgrund des dabei in der Pumpenkammer 11 entstehenden Überdrucks, so dass der in der Pumpenkammer 11 befindliche Wirkstoff nur über die Zerstäubungsdüse 2 aus der Pumpenkammer 11 heraustreten und insbesondere nicht durch die Kapillare 7.1 zurück in das Wirkstoffreservoir 1 zurückfließen kann.

Im Bereich der Wirkstoffzerstäuber weisen die Kolben 7 üblicherweise einen Durchmesser von ungefähr 0,9 bis 1,5 mm auf, so dass die sich im Innern des Kolbens 7 in Längsrichtung des Kolbens erstreckende Kapillare einen entsprechend nochmals geringeren Durchmesser aufweisen muss. Hoch komplex ist dabei insbesondere die Ausbildung des

Kugelrückschlagventils 12, wobei zur Gewährleistung der Funktionstüchtigkeit des Ventils 12 Fertigungstoleranzen im Mikrometerbereich eingehalten werden müssen, wodurch der Zerstäuber sehr aufwendig in der Herstellung und damit kostenintensiv ist.

In Figur 2 ist ein Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Kolbens 7 und des Zylinders 6 einer Pumpenanordnung 3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Demgemäß weist der Kolben entlang seines Außenumfangs 8 eine Ausnehmung 10 auf, so dass der Kolben entlang seines Außenumfangs anteilig formschlüssig an der Innenwand 9 des Zylinders 6 anliegt, und anteilig einen Spalt 10 zwischen der Innenwand 9 des Zylinders und dem Kolben 7 ausbildet. Der Kolben 7 ist um seine Längsachse x, die sich in der Darstellung gemäß Figur 2 senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckt, verdrehbar in dem Zylinder 6 gelagert. In Figur 2 ist der Kolben 7 in Bezug auf den Zylinder 6 in der Saugstellung angeordnet. In der Saugstellung ist der Spalt 10 einer Seite des Zylinders 6 zugewandt, durch welche sich in Radialrichtung des Zylinders 6 ein Durchlass 13 hindurch erstreckt. Über den Durchlass 13 kann die Saugseite 4 der Pumpenanordnung 3 angeschlossen sein, so dass über den Durchlass 13 und den Spalt 10 eine fluidische Verbindung zwischen einem über die Saugseite 4 angeschlossenen Wirkstoffreservoir 1 und einer Pumpenkammer 11 der Pumpenanordnung 3 hergestellt werden kann (in Figur 2 nicht dargestellt, siehe Figuren 3 bis 6).

Der Kolben 7 ist um seine senkrecht zur Zeichnungsebene von Figur 2 verlaufende Längsachse x verdrehbar. Wenn der Kolben 7 beispielsweise gegenüber der in Figur 2 gezeigten Stellung um 180° um die Achse x verdreht wird, so ist der Spalt 10 einem von dem Durchlass 13

abgewandten Seitenwandabschnitt des Zylinders 6 zugewandt. In diesem Fall verschließt der Zylinder 7 mit seinem an die Ausnehmung 15 angrenzenden Außenumfang den Durchlass 13. Um die Abdichtung zwischen dem Innenumfang 9 des Zylinders 6 und dem Außenumfang 8 des Kolbens 7 im Bereich des Durchlasses 13 zu verbessern, weist der Durchlass 13 an seinem Übergang zur Innenwand 9 des Zylinders 6 ein Dichtelement 14 auf. Damit durch das Verdrehen des Kolbens 7 innerhalb des Zylinders 6 das Dichtelement 14 nicht beschädigt wird, weisen die Verbindungsflächen 17, welche den kreissymmetrischen Außenumfang 8 des Kolbens mit der Ausnehmung 5 verbinden, jeweils eine Abrundung auf.

Die den Spalt 10 zwischen dem Kolben 7 und der Innenwand 9 des Zylinders 6 ausbildende Ausnehmung 15 ist als eine seitliche Abflachung des ansonsten im Wesentlichen

kreiszylinderförmigen Kolbens 7 ausgebildet.

Die Figuren 3 bis 6 zeigen vier verschiedene Stellpositionen des Kolbens 7 in Bezug auf den Zylinder 6. In den Figuren 3 und 3a ist der Spalt 10 abgewandt von dem Durchlass 13 angeordnet, so dass der Kolben 7 den Durchlass 13 verschließt. Des Weiteren wird der Kolben 7 entlang seiner Längsrichtung x aus einer ausgezogenen Position in eine eingeschobene Position verlagert. Da der Kolben 7 den Durchlass 13 verschließt, kann ein Überdruck in der

Pumpenkammer 11 erzeugt werden, so dass ein sich in der Pumpenkammer befindender flüssiger Wirkstoff über die Zerstäubungsdüse 2 aus dem Zerstäuber ausgestoßen wird. Wenn sich der Kolben 7 in der eingeschobenen Position befindet, wird der Kolben, wie in den Figuren 4 und 4a dargestellt ist, aus der in den Figuren 3 und 3a gezeigten Pumpposition in die in den Figuren 4 und 4a gezeigte Saugposition gedreht, bei der der Spalt 10 dem Durchlass 13 zugewandt und somit eine fluidische Verbindung zwischen der Pumpenkammer 11 und dem Wirkstoffreservoir 1 über den Spalt 10, den Durchlass 13 und die Saugseite 4 herstellt ist.

In dieser rotativen Ausrichtung des Kolbens 7 in Bezug auf den Zylinder 6 kann für das Befüllen der Pumpenkammer 11 der Kolben 7 zumindest teilweise aus der Pumpenkammer 11 herausgezogen werden, so dass in der Pumpenkammer 11 ein Unterdruck entsteht. Dies ist in den Figuren 5 und 5a gezeigt. Aufgrund des Unterdrucks kann ein sich in dem

Wirkstoffreservoir 1 befindender Wirkstoff über die Saugseite 4, den Durchlass 13 und den Spalt 10 in die Pumpenkammer 11 befördert werden. Die Zerstäubungsdüse 2 kann dazu ein

Rückschlagventil aufweisen, welches bei einem Unterdruck in der Pumpenkammer 11 die Düse 2 gegenüber der Außenumgebung der Pumpenanordnung 3 verschließt.

Nachdem die Pumpenkammer 11 zumindest teilweise mit Wirkstoff befüllt worden ist, wird der Kolben 7 in dem Zylinder 6 wieder um 180° verdreht, so dass der Kolben 7 den Durchlass 13 in den Zylinder verschließt. Die Pumpenanordnung 3 ist somit dazu vorbereitet, um entsprechend der in den Figuren 3 und 3a gezeigten Situation durch erneutes Verlagern des Kolbens 7 entlang der Längsrichtung x aus der ausgezogenen Position in die eingeschobene Position einen Überdruck in der

Pumpenkammer 11 zu erzeugen, so dass weiterer flüssiger Wirkstoff über die

Zerstäubungsdüse 2 aus dem Zerstäuber ausgestoßen wird.

Der Kolben 7 ist bei den in den Figuren 2 bis 6a gezeigten Ausführungsformen als ein im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Kolbens einseitig abgeflachter Kreiszylinder ausgebildet und kann somit durch einseitiges, abschnittsweises Abflachen eines

kreiszylinderförmigen Kolbens einfach und damit kostengünstig hergestellt werden. Es ist weiterhin zu erkennen, dass die Ausnehmung 15 nur an dem in die Pumpenkammer 11 hineinragenden Ende des Kolbens 7 ausgebildet ist, wobei der Kolben insbesondere in einem Dichtungsbereich 18, in dem der Kolben 7 gegenüber der Pumpenkammer 11 abgedichtet ist, im Querschnitt senkrecht zu seiner Längsachse kreissymmetrisch ist, so dass der Kolben 7 gegenüber der Pumpenkammer 11 mit einfachen Dichtmitteln, etwa mit einem O-Ring, abgedichtet werden kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Wirkstoffreservoir

2 Zerstäubungsdüse

3 Pumpenanordnung

4 Saugseite der Pumpenanordnung

5 Druckseite der Pumpenanordnung

6 Zylinder

7 Kolben

7.1 Kapillare

8 Außenumfang

9 Innenwand

10 Spalt

11 Pumpenkammer

12 Kugelventil

13 Durchlass

14 Dichtelement

15 Ausnehmung

16 Übergang

17 Verbindungsfläche

18 Dichtungsbereich

d Außendurchmesser des Kolbens

X Längsachse