Устройство для наполнения и укупорки шприца жидким препаратом

 

Реферат

Полезная модель относится к устройствам для наполнения шприцов жидкими препаратами, которое состоит из рабочей панели, на которой вблизи узла фиксации шприца размещены узел наполнения шприца, узел захвата и ориентации манжеты поршня, и вспомогательной панели, на которой размещены узел энергопитания и узел управления, при этом узел фиксации шприца представляет собой составную разъемную прямоугольную платформу, выполнено вертикальное сквозное отверстие, узел наполнения шприца представляет собой дозатор с трубкой, закрепленный в держателе, выполненном с возможностью перемещения, узел захвата и ориентации манжеты поршня, выполненный с возможностью перемещения, представляет собой полый цилиндр, в нижней части которого по окружности выполнена проточка, имеющая диаметр равный диаметру плечевой части шприца с установленной в ней уплотняющей прокладкой, в средней части выполнено отверстие для связи с атмосферой и для создания разрежения, а наверху подвижно закреплен шток для захвата манжеты поршня с приводом, имеющий диаметр, незначительно превышающий диаметр отверстия в манжете поршня.

Техническим результатом является расширение арсенала устройств для наполнения и укупорки шприцов жидкими препаратами.

Устройство для наполнения и укупорки шприца жидким препаратом

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области медицинского оборудования и средств для его производства. Более конкретно, она относится к устройствам для заполнения и укупорки шприцов жидкими препаратами медицинского или ветеринарного назначения.

Уровень техники

Для инъекционного введения жидких препаратов широко применяются одноразовые шприцы различных конструкций. В частности, для введения препаратов, обращение с которыми требует повышенного внимания медперсонала, таких как, например, наркотические анальгетики, предпочтительны предварительно наполненные шприцы. Применение таких устройств позволяет избежать ошибки при наборе препарата и, тем самым, устранить возможность передозировки. Кроме того, такие шприцы, их иглы и заключенные в них дозы препаратов стерильны, что позволяет с минимальным риском заражения применять их в условиях загрязненной среды, например, при наводнениях, оползнях, обвалах, обрушениях зданий и в местах боевых действий.

Известны различные конструкции предварительно наполняемых шприцов, например шприцы серии 3S, производимые компанией Schott. Шприцы имеют стерильные иглы, закрытые стерильными колпачками, которые подлежат снятию только непосредственно перед применением.

Также известны поточные линии для наполнения таких шприцов, например производимые компанией Groninger, которые были представлены на выставке Interpack 2014 (8-14 мая 2014 года, Дюссельдорф). Линии являются поточными и скомпонованы по модульному принципу.

Устройство заполнения и укупорки шприцов размещено в камере, герметизируемой входным и выходным вакуум-шлюзами и находящейся в стерильном боксе. В указанной камере находятся фиксатор планшет, подвижная рампа заполнения шприцов препаратом и подвижная рампа подачи стерильных манжет поршней шприцов. Распакованную планшету с пустыми шприцами через входной шлюз подают в камеру, рампу подачи манжет заполняют манжетами, закрывают входной шлюз и с рампы заполнения шприцов осуществляют дозирование препарата в каждый шприц. После этого во всем объеме камеры создают разрежение, устанавливают манжеты на верхний срез шприцов и выравнивают давление в камере с давлением в стерильном боксе. Это давление воздействует на манжеты поршней и вводит их в шприцы. Далее заполненные шприцы в планшете покидают камеру через выходной шлюз.

В другой известной конструкции в стерильном боксе находятся модуль розлива препарата и подвижное устройство индивидуальной подачи стерильной манжеты поршня шприца и вакуумирования. По заданной программе подвижное устройство перемещается над планшетой со шприцами, предварительно заполненными в модуле розлива, и поочередно осуществляет вакуумирование, подачу манжеты и выравнивание давления для каждого шприца в планшете.

Линии такого типа при высокой производительности (300-450 шприцов в минуту) имеют ряд недостатков. В частности, в конструкции присутствует множество массивных движущихся частей. Также требуется многократное периодическое создание разрежения и уравнивание давления со стерильной фильтрацией воздуха в большом объеме вакуум-шлюзов и устройства наполнения шприцов. Кроме того, для размещения линии необходима большая производственная площадь в вентилируемом и отапливаемом помещении. В совокупности перечисленные факторы обусловливают высокое суммарное энергопотребление на единицу готовой продукции. В дополнение к этому, сложность конструкции предъявляет повышенные требования к квалификации ремонтного и обслуживающего персонала. В результате известные из уровня техники линии не подходят для применения на опытных и малых производствах. Поэтому существует необходимость создания энергетически эффективных устройств для наполнения небольших партий шприцов.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 представлен узел фиксации шприца.

На фигуре 2 представлен узел наполнения шприца.

На фигуре 3 представлен узел захвата и ориентации.

Раскрытие полезной модели

В результате выполненных разработок авторы предложили устройство для наполнения и укупорки шприцов жидкими препаратами, расширяющее арсенал средств такого назначения и позволяющее преодолеть перечисленные недостатки известного уровня техники.

Таким образом, предлагается устройство для наполнения шприцов жидкими препаратами, характеризующееся тем, что оно состоит из рабочей панели, на которой вблизи узла фиксации шприца размещены узел наполнения шприца, узел захвата и ориентации манжеты поршня, и вспомогательной панели, на которой размещены узел энергопитания и узел управления, при этом:

- узел фиксации шприца представляет собой составную прямоугольную платформу, выполненную с возможностью размыкания-смыкания, в центре которой в сомкнутом состоянии выполнено вертикальное сквозное отверстие с диаметром, незначительно превышающим внешний диаметр шприца,

- узел наполнения шприца представляет собой дозатор с трубкой, закрепленный в держателе, выполненном с возможностью перемещения над наполняемым шприцом в горизонтальной плоскости в направлении шприца и в вертикальной плоскости до введения открытого конца трубки в шприц ниже его открытого конца,

- узел захвата и ориентации манжеты поршня, выполненный с возможностью перемещения над наполняемым шприцом в горизонтальной плоскости в направлении шприца и в вертикальной плоскости до введения манжеты в шприц, представляет собой полый цилиндр, в нижней части которого по окружности выполнена проточка, имеющая диаметр равный диаметру плечевой части шприца с установленной в ней уплотняющей прокладкой, в средней части выполнено отверстие для связи с атмосферой и для создания разрежения, а наверху подвижно закреплен шток для захвата манжеты поршня с приводом, имеющий диаметр, незначительно превышающий диаметр отверстия в манжете поршня,

- узел энергопитания обеспечивает подачу электрической и/или пневматической энергии к исполнительным устройствам, приводящим в движение подвижные части перечисленных узлов, и к узлу управления, и

- узел управления обеспечивает задание, хранение и циклическое выполнение программы управления исполнительными и вспомогательными устройствами.

Термин «вблизи [узла фиксации шприца]» определяет удаленность каждого из узлов наполнения шприца и захвата и ориентации манжеты поршня от узла фиксации так, что узлы наполнения шприца и захвата и ориентации манжеты поршня расположены на расстояниях от узла фиксации шприца, не превышающих рабочего хода поршней приводящих их пневмоцилиндров.

Термин «незначительно превышающий» при описании узла фиксации шприца определяет такое соотношение наружного диаметра шприца и внутреннего диаметра отверстия в узле фиксации шприца, при котором шприц под действием силы тяжести беспрепятственно входит в отверстие и при этом не подвержен существенным боковым перемещениям. Предпочтительно, диаметр отверстия превышает диаметр шприца на 0,05-0,1 мм.

Термин «незначительно превышающий» при описании узла захвата и ориентации манжеты поршня определяет такое соотношение наружного диаметра штока и внутреннего диаметра отверстия в манжете поршня шприца, при котором шток с незначительным усилием входит в отверстие в манжете поршня, обратимо деформируя манжету, которая надежно удерживается на штоке за счет силы трения при всех перемещениях полого цилиндра и штока. Предпочтительно, диаметр штока превышает диаметр отверстия в манжете поршня шприца на 0,02-0,05 мм.

В предпочтительном варианте осуществления полезной модели узел энергопитания включает вакуумный насос или эжектор, а исполнительными устройствами являются пневмоцилиндры с диаметрами 16 и 25 мм и длиной хода поршня 20-50 мм, а также поворотный пневмоцилиндр с углом поворота до 90°.

Пневматическая энергия предпочтительно является энергией сжатого воздуха в интервале от 3,5 до 4,5 ати, а остаточное давление в узле захвата и ориентации манжеты поршня составляет 0,08 ата.

Узел управления предпочтительно представлен электронным программируемым контроллером, приспособленным для управления пневматическими устройствами, таким как контроллер LoGo производства компании Siemens.

Техническим результатом является расширение арсенала технических средств для заполнения шприцов жидкими средами и укупорки заполненных шприцов.

При использовании полезной модели достигается существенная экономия электроэнергии, значительное упрощение конструкции и снижение материалоемкости оборудования, что ведет к уменьшению числа, сложности и периодичности регулировок, снижению требований к квалификации и количеству задействованного обслуживающего персонала, что, как следствие, уменьшает эксплуатационные расходы. Также полезная модель предоставляет возможность быстрой установки предлагаемого устройства в стерильном боксе стандартных размеров.

Указанные преимущества полезной модели достигаются за счет применения «статичного» принципа наполнения шприца, не требующего вовлечения в работу большого числа движущихся частей, таких как транспортерные ленты, валы, ролики и др., снижения массы и моментов инерции движущихся частей и использования пневматических исполнительных устройств.

В контексте данного описания термин «статичный» определяет то, что наполнение шприца происходит на сборочном месте без каких-либо перемещений по устройству до момента выброса заполненного шприца в накопитель готовой продукции.

В контексте данного описания термин «пневматическое исполнительное устройство» относится к полому цилиндру, линейному пневмоцилиндру и линейно-поворотному пневмоцилиндру. Предпочтительны пневмоцилиндры с диаметрами 16 и 25 мм, длиной хода поршня 20-50 мм и углом поворота до 90°, выпускаемые, например, компанией Camozzi. Управление ими предпочтительно осуществлять электропневмоклапанами с рабочим напряжением 220 В, собранными в пневмоостров.

Термин «узел управления» обозначает любое программируемое цифровое, цифро-аналоговое или аналоговое оборудование, предназначенное принимать, хранить и выполнять программу управления исполнительными устройствами при реализации назначения данной полезной модели. В предпочтительном варианте узлом управления является электронный программируемый контроллер «LoGo» (Siemens), приспособленный для управления пневматическими устройствами.

Термин «узел энергопитания» относится к совокупности частей устройства, обеспечивающих пневматические исполнительные устройства энергией сжатого воздуха низкого давления или создающие разрежение, а узел управления, управляющие, сигнальные и индикаторные устройства - электроэнергией требуемых характеристик.

В контексте данного описания термин «сжатый воздух низкого давления» определяет диапазон входного давления воздуха от 3,0 до 6,0 ати, предпочтительно - от 3,5 до 5,0 ати.

Специалисту в данной области техники очевиден выбор частей, обеспечивающих пневматические исполнительные устройства таким сжатым воздухом, зависящий, в первую очередь, от возможности подключения устройства для наполнения шприцов к внешнему источнику сжатого воздуха.

Для осуществления полезной модели предпочтительно наличие возможности подключения к цеховой (заводской) пневматической сети. При отсутствии такой возможности потребуется локальный источник сжатого воздуха, который может быть внешней компрессорной установкой с ресивером и предохранительными устройствами (клапан, мембрана), питающей несколько различных устройств. В любом из этих случаев узел энергопитания будет включать фильтры очистки воздуха, регулятор входного давления (редуктор), управляемые пневматические клапаны, запорную и соединительную арматуру.

Альтернативно, компрессорная установка низкого давления и малой производительности может быть включена в состав предлагаемого устройства в качестве части узла энергопитания. Выбор такого устройства также находится в компетенции среднего специалиста в данной области. Например, можно использовать компрессоры, рассчитанные на продолжительную работу: мембранные, такие как Sparmax ТС-63 (производительность: 50 л/мин, давление: 0,2-7,0 ати, ресивер: 5,5 л, потребляемая мощность: 190 Вт) или масляные поршневые, такие как Hansa НТС 30 А (производительность: 30 л/мин, давление: 1,5-8,0 ати, ресивер: 9,0 л, потребляемая мощность: 200 Вт).

В контексте данного описания термин «разрежение» определяет диапазон остаточного давления от 0,1 до 0,01 ата.

Для осуществления полезной модели наиболее предпочтительно наличие возможности подключения к цеховой (заводской) вакуумной линии. В этом случае узел энергопитания будет включать измеритель и регулятор разрежения. Также предпочтительно наличие возможности подключения к цеховой (заводской) пневматической сети с давлением 8,0 ати. В этом случае узел энергопитания будет включать эжектор, создающий разрежение при прохождении через него потока сжатого воздуха, измерители и регуляторы входного давления и разрежения.

Альтернативно, установка, создающая разрежение, может быть включена в состав предлагаемого устройства в качестве части узла энергопитания. Выбор такого устройства также находится в компетенции среднего специалиста в данной области. Например, можно использовать поршневые вакуум-насосы, например ILMVAC VOB-L 2534 (производительность: 1,7 м3/час, остаточное давление 0,09 ата, потребляемая мощность: 100 Вт).

Состав части узла энергопитания, отвечающей за снабжение электроэнергией, зависит от выбора состава пневматической части, раскрытой выше. В предпочтительном варианте осуществления полезной модели требуется обеспечить питание управляемых пневматических клапанов (электропневмоклапанов), узла управления, представленного электронным программируемым контроллером, и сигнальных/индикаторных устройств (светодиоды, электронные табло и измерители.). При отсутствии внешнего источника сжатого воздуха и устройства, создающего разрежение, потребуется дополнительная мощность для питания компрессора и вакуумного насоса. Специалисту в данной области техники очевиден состав узла энергопитания (защитные устройства, электротрансформатор, выпрямитель, стабилизатор напряжения и др.), его компоновка и метод расчета, позволяющий оценить потребляемую мощность интервалом 250-600 Вт.

Конструкция устройства в соответствии с полезной моделью и его действие будут далее проиллюстрированы со ссылками на позиции фигур чертежей.

Фигура 1 представляет узел фиксации шприца. При сомкнутом положении двух частей узла 11 шприц из стерильной упаковки подают сверху в образованное этими частями отверстие. После заполнения шприца и установки в него манжеты поршня обе части узла или одну из частей узла смещают в направлении, перпендикулярном линии смыкания частей, например, с помощью пневмоцилиндра или двух пневмоцилиндров 12.

Фигура 2 поясняет устройство и действие узла наполнения шприца. В держателе 21, связанном с поворотным кронштейном 22, приводимым в движение линейно-поворотным пневмоцилиндром 23, закреплен дозатор с трубкой 24. Поршень дозатора перемещается пневмоцилиндром 25. Предпочтительно дозатор является автоматической пипеткой-дозатором регулируемого объема, такой как пипетка, позволяющая с требуемой точностью и воспроизводимостью дозировать от 100 до 1000 мкл жидкого препарата. Примерами являются автоматические пипетки, доступные в продаже под торговыми марками FinnPipette F1 и Hamilton SoftGrip (производитель - LM-Instruments Оу, Финляндия), которые можно легко и надежно закрепить в держателе.

Фигура 3 представляет устройство и действие узла захвата и ориентации манжеты поршня. В нижней части полого цилиндра 31 по окружности выполнена проточка 35, имеющая диаметр равный диаметру плечевой части шприца с установленной в ней уплотняющей прокладкой. Цилиндр 31 поворачивается на угол 90(с помощью линейно-поворотного пневмоцилиндра 32, чтобы проточка 35 оказалась над открытой верхней частью наполненного шприца. После этого поршень пневмоцилиндра 32 совершает движение вниз, приводя цилиндр 31 в плотный контакт с верхней частью шприца, после чего в цилиндре 31 создается разрежение («вакуум»). Пневмоцилиндр 33 подает удерживаемую на конце штока манжету поршня 34 в шприц, после чего давление уравнивают с атмосферным. За счет разницы атмосферного и остаточного давления в незаполненной части шприца манжета 34 входит в шприц, герметизируя содержащийся в нем объем жидкого препарата.

Устройство для наполнения шприцов приспособлено для работы совместно со вспомогательными устройствами. Первым вспомогательным устройством является устройство подачи шприцев, которое представляет собой монорельс установленный под углом 15(к горизонтали, по которому под силой тяжести шприцы продвигаются к отсекающе-подающему устройству, которое ориентирует и устанавливает шприц.

Вторым вспомогательным устройством является устройство накопления манжет поршня, которое представляет собой диск, закрепленный на оси шагового двигателя. В диске выполнены ячейки, имеющие форму манжеты поршня. Ячейки расположены через 15° на равном расстоянии от центра («револьверное расположение»). Манжеты поршня шприца из неподвижно закрепленного над диском контейнера подают поочередно с одной стороны диска, фиксация которого происходит штоком пневмоцилиндра, опускающимся в свободную от манжеты ячейку. После подачи каждой манжеты шток пневмоцилиндра поднимают, создавая возможность поворота диска на 15°. С другой стороны из заполненной ячейки осуществляют забор манжеты. Работа обоих подающих устройств синхронизирована с работой основного устройства и управляется его контроллером. Осуществление полезной модели.

Предлагаемая полезная модель состоит из рабочей панели, где расположены исполнительные механизмы - пневматические цилиндры, и вспомогательной панели, где расположены регуляторы давления, управляемые пневматические клапаны, устройство, создающее вакуум (эжектор или поршневой вакуумный насос), узел энергопитания и узел управления. Панели могут быть расположены произвольным образом с учетом размеров и организации рабочего пространства стерильного бокса.

Процесс наполнения шприца происходит в автоматическом режиме и не требует постоянного присутствия оператора. В предпочтительном варианте осуществления полезной модели рабочая панель устройства, предназначенного для наполнения 8-10 шприцов в минуту и подключенного к цеховой пневматической сети, имеет габариты 500×300×400 мм (Д×Ш×В), потребляет для этого 5 л воздуха с давлением 5,5 ати и 400 Вт электроэнергии. Масса устройства зависит от используемых для его изготовления материалов и не превышает 20 кг.

В предпочтительном осуществлении полезной модели устройство работает следующим образом. Вспомогательное устройство подачи шприца подает предназначенный для наполнения шприц в отверстие узла фиксации шприца (в сомкнутом состоянии). При этом узел наполнения шприца, выполненный с возможностью вертикального перемещения и поворота в горизонтальной плоскости, находится в верхнем положении, а горизонтальная часть его кронштейна параллельна направлению перемещения частей узла фиксации. Узел захвата и ориентации манжеты поршня шприца также находится в верхнем положении, а горизонтальная часть его кронштейна параллельна направлению перемещения частей узла фиксации. Шток устройства захвата манжеты находится на одной оси с центром манжеты, находящейся в ячейке вспомогательного устройства накопления манжет, при этом фиксатор узла накопления манжет включен, т.е. устройство заблокировано от поворота. Дозатор находится в верхнем выключенном положении.

Рабочий цикл начинается нажатием кнопки «Пуск», запускающей циклическое исполнение программы контроллера. В результате линейный пневмоцилиндр перемещает шток устройства захвата манжеты вниз в ячейку с манжетой на устройстве накопления манжет, шток захватывает манжету и поднимается в исходное положение.

Линейный пневмоцилиндр привода механизма дозирования включает механизм дозирования, надавливая сверху вниз на его поршень, вытесняя воздух из рабочего объема. Линейно-поворотный пневмоцилиндр перемещает механизма дозирования вниз на 20 мм, при этом трубка дозатора входит в емкость, содержащую препарат.Пневмоцилиндр привода механизма дозирования совершает обратный ход, за ним следует поршень механизма дозирования, приводимый возвратной пружиной, при этом дозатор заполняется установленным объемом жидкого препарата.

Линейно-поворотный пневмоцилиндр поворачивает узел наполнения шприца на 90°, перемещает его вниз на 20 мм, при этом трубка дозатора входит в пустой шприц. Линейный пневмоцилиндр привода механизма дозирования включает механизм дозирования, надавливая сверху вниз на его поршень, происходит наполнение шприца, после чего поршень пневмоцилиндра возвращается в исходное положение, а за ним следует поршень механизма дозирования, приводимый возвратной пружиной.

После наполнения шприца узел наполнения совершает движения, противоположные перечисленным, занимая исходное положение.

Как только узел наполнения шприца вернулся в исходное положение, узел захвата и ориентации манжеты поршня поворачивается на 90(и опускается вниз на 20 мм. При этом уплотнительная прокладка этого узла приводится в плотный контакт с плечевой частью шприца, установленного в узле фиксации.

В полом цилиндре создают разрежение, происходит вакуумирование внутренней полости узла захвата вместе с внутренним объемом шприца. После достижения заданной глубины разрежения шток устройства захвата манжеты направляет последнюю во внутрь шприца. Затем давление выравнивают с атмосферным, и шток возвращается в исходное положение. Манжета поршня за счет разницы давления внутри и снаружи наполненного шприца продвигается вниз в направлении жидкого препарата.

Далее узел захвата и ориентации манжеты пошня шприца совершает движения, противоположные перечисленным, занимая исходное положение.

Как только узел захвата и ориентации вернулся в исходное положение происходит размыкание узла фиксации, при этом наполненный шприц под собственным весом по каналу выброса шприца перемещается в сборник готовой продукции. Одновременно проходит команда на отключение фиксатора вспомогательного узла подачи манжет и включение его шагового двигателя для перемещения диска радиально на 15°, тем самым подводя следующую ячейку с манжетой под шток узла захвата и ориентации манжеты. Устройство готово к следующему циклу.

1. Устройство для наполнения и укупорки шприцов жидкими препаратами, характеризующееся тем, что оно состоит из рабочей панели, на которой вблизи узла фиксации шприца размещены узел наполнения шприца, узел захвата и ориентации манжеты поршня, и вспомогательной панели, на которой размещены узел энергопитания и узел управления, при этом:

- узел фиксации шприца представляет собой составную прямоугольную платформу, выполненную с возможностью размыкания-смыкания, в центре которой в сомкнутом состоянии выполнено вертикальное сквозное отверстие с диаметром, незначительно превышающим внешний диаметр шприца,

- узел наполнения шприца представляет собой дозатор с трубкой, закрепленный в держателе, выполненном с возможностью перемещения над наполняемым шприцом в горизонтальной плоскости в направлении шприца и в вертикальной плоскости до введения открытого конца трубки в шприц ниже его открытого конца,

- узел захвата и ориентации манжеты поршня, выполненный с возможностью перемещения над наполняемым шприцом в горизонтальной плоскости в направлении шприца и в вертикальной плоскости до введения манжеты в шприц, представляет собой полый цилиндр, в нижней части которого по окружности выполнена проточка, имеющая диаметр, равный диаметру плечевой части шприца с установленной в ней уплотняющей прокладкой, в средней части выполнено отверстие для связи с атмосферой и для создания разрежения, а наверху подвижно закреплен шток для захвата манжеты поршня с приводом, имеющий диаметр, незначительно превышающий диаметр отверстия в манжете поршня,

- узел энергопитания обеспечивает подачу электрической и/или пневматической энергии к исполнительным устройствам, приводящим в движение подвижные части перечисленных узлов, и к узлу управления, и

- узел управления обеспечивает задание, хранение и циклическое выполнение программы управления исполнительными и вспомогательными устройствами.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел энергопитания включает вакуумный насос или эжектор, а исполнительными устройствами являются полый цилиндр и пневмоцилиндры с диаметрами 16 и 25 мм, длиной хода поршня 20-50 мм и углом поворота до 90°.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что пневматическая энергия является энергией сжатого воздуха в интервале от 4 до 5,5 ати, а остаточное давление в вакуумной присоске составляет 0,08 ата.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что узлом управления является электронный программируемый контроллер, приспособленный для управления пневматическими устройствами.

РИСУНКИ



 

Наверх