Automotive diesel engine fuel injection valve has fuel inlet passage with an electrical heating element
German Patent DE
An automotive diesel engine fuel injection valve has fuel inlet passage (32) with an electrical heating element (33) that is coupled to a heating lance (34) and a heating tube (36). The heating element penetrates into the valve needle (15) and extends almost to the needle head (16).
Inventors:
Haag, Gottlob (Markgr?ningen, 71706, DE)
Reissner, Andreas (Stuttgart, 70499, DE)
Schmittinger, Simon (Renningen, 71272, DE)
Application Number:
Publication Date:
05/11/2006
Filing Date:
11/02/2005
Export Citation:
Robert Bosch GmbH (Stuttgart, 70469, DE)
International Classes:
1. Einspritzventil, insbesondere für Kraftstoffeinspritzanlagen
von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, mit einem Kraftstoff-Zulaufkanal (32)
der mit einem Kraftstoff-Einlassstutzen (31) in Verbindung steht,
mit einer zum Kraftstoff-Zulaufkanal (32) koaxial ausgerichteten,
axial verschieblich geführten,
hohlzylindrischen Ventilnadel (15), die mit einem offenen Nadelende
dem Kraftstoff-Zulaufkanal (32) zugekehrt und an dem davon
abgekehrten Nadelende von einem mit einem Ventilsitz (14)
zum Schliessen
und Freigeben einer Ventil?ffnung
(13) zusammenwirkenden Nadelkopf (16) abgeschlossen
ist und radiale Austrittsl?cher
den am offenen Nadelende einstr?menden
Kraftstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem
Kraftstoff-Zulaufkanal (32) ein elektrisches Heizelement
(33) angeordnet ist, das mit einer W?rmeleitlanze (34)
bzw. einem Heizrohr (36) in die Ventilnadel (15)
bis nahe an deren Nadelkopf (16) hineinragt.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Heizelement (33) eine in ihren geometrischen Abmessungen
modifizierte Glühstiftkerze
für Dieselbrennkraftmaschinen
ist, die eine in einem mit verpresstem, keramischem Pulver gefüllten Heizrohr
(36) aufgenommene Heizwendel (37) aufweist.
3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Heizrohr (36) mit einem vom Nadelkopf (16)
der Ventilnadel (15) abgekehrten, hinteren Rohrabschnitt
in einem Kerzengeh?use
(39) eingebettet ist und dass auf das Heizrohr (36)
ein Str?mungsk?rper (40)
aus gut w?rmeleitendem
Material aufgeschoben ist, in dessen Aussenmantel eine spiral- oder
schraubenf?rmige
Führungsnut
(41) zur Erzeugung einer spiralf?rmigen Kraftstoffstr?mung ausgebildet
4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Aussendurchmesser
des Str?mungsk?rpers (40)
wenig kleiner bemessen ist als der Innendurchmesser des den Str?mungsk?rper aufnehmenden
Kanalabschnitts des Kraftstoff-Zulaufkanals (32).
5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die im Heizrohr (36) angeordnete
Heizwendel (37) sich nahezu über die gesamte axiale L?nge des
Heizrohrs (36) erstreckt.
6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwendel (37) an einem
Kontaktstift (38) angeschlossen ist, der einerseits in
das Heizrohr (36) eintaucht und andererseits aus dem Kerzengeh?use (39)
zum Aufsetzen eines Anschlusssteckers (45) axial vorsteht.
7. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff-Einlassstutzen (31)
so angeordnet ist, dass seine Stutzenachse quer, vorzugsweise rechtwinklig,
zur Kanalachse des Kraftstoff-Zulaufkanals (32) ausgerichtet
8. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (36) eine gestufte
Kontur aufweist.
9. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (36) in seinem
vorderen Bereich, mit dem es nah bis an den Nadelkopf (16)
heranragt, mit einem Durchmesser von 1,5 mm bis 2,5 mm ausgeführt ist.
10. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Str?mungsk?rper (40)
einstückig
mit der W?rmeleitlanze
(34) ausgeführt
Description:
Erfindung geht aus von einem Einspritzventil, insbesondere für Kraftstoffeinspritzanlagen von
Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.Zur
Reduzierung der insbesondere beim Kaltstart der Brennkraftmaschine
in deren Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe werden Einspritzventile mit
einem elektrischen Heizelement ausgestattet, das durch Erw?rmen des
Kraftstoffs vor Ausspritzen aus dem Kraftstoff-Einspritzventil einen
sog. Flash-Boiling-Effekt erzeugt, wodurch eine verbesserte Verbrennung
des Kraftstoffs im Brennraum der Brennkraftmaschine erreicht wird.Bei
einem bekannten Kraftstoff-Einspritzventil mit einer stabf?rmigen Ventilnadel,
die in einem bis zum Ventilsitz reichenden Kraftstoff-Zulaufkanal
koaxial zur Kanalachse angeordnet ist (US 4 458 655), weist das Heizelement
ein auf die Ventilnadel aufgeschobenes Isolationsrohr mit einer
im Aussenmantel ausgebildeten,
schrauben- oder spiralf?rmigen
Nut auf, in der ein elektrischer Heizdraht einliegt. Am ventilsitzfernen
Ende tr?gt
die Ventilnadel einen Ring aus elektrisch leitendem Material, z.B.
Kupfer, an dem der Heizdraht angeschlossen ist. In einem seitlich,
aus dem Ventilgeh?use
herausgeführten
Geh?usestutzen
ist ein Kontaktstift axial verschieblich angeordnet, der mittels
einer stromleitenden Druckfeder auf den Ring aufgepresst wird und dadurch
einen elektrischen Kontakt zum Heizdraht herstellt. Die stromführende Druckfeder
einen weiteren Kontaktstift an eine Spannungsquelle angeschlossen.Bei
einem bekannten Kraftstoff-Einspritzventil der eingangs genannten
Art (DE 44 21 881 A1)
ist der Kraftstoff-Einlassstutzen an dem Ventilgeh?use koaxial
zu dem in der L?ngsachse
des Ventilgeh?uses
verlaufenden Kraftstoff-Zulaufkanal angeordnet. Der Zulaufkanal
ist von einem metallischen Rohr gebildet, an dem über ein
metallisches Zwischenstück ein
Ventilsitztr?ger
befestigt ist. Auf dem Rohr sitzt die Erregerwicklung eines Elektromagneten
zur Bet?tigung
der Ventilnadel. Das zugleich den inneren Magnetkern des Elektromagneten
bildende Rohr, der Elektromagnet und teilweise der Ventilsitztr?ger sind von
einem das Ventilgeh?use
bildenden Kunststoffumguss umschlossen, in dem noch ein Anschlussstecker
Erregerwicklung des Elektromagneten miteingegossen ist. Der Ventilsitztr?ger ist
endseitig mit einem Ventilsitzk?rper
verschlossen, in dem eine Ventil?ffnung
mit einem die Ventil?ffnung
umgebenden Ventilsitz ausgebildet ist. Die koaxial im Ventilsitztr?ger angeordnete,
mittels des Elektromagneten gegen die Kraft einer Ventilschliessfeder bet?tigbaren Ventilnadel
ist hohlzylindrisch ausgebildet. Mit ihrem einen offenen Stirnende
ragt sie in den Kraftstoffzulauf und an ihrem anderen Ende ist sie
mit einem Ventilschliess-
oder Nadelkopf verschlossen, der mit dem Ventilsitz zum Schliessen und
Freigeben der Ventil?ffnung
zusammenwirkt. Im Mantel der hohlzylindrischen Ventilnadel sind
Austrittsl?cher
für den aus
dem Kraftstoff-Zulaufkanal in die Ventilnadel über deren offenes Stirnende
einstr?menden
Kraftstoff vorhanden. Der durch die Austrittsl?cher hindurchstr?mende Kraftstoff
wird bei ?ffnen
des Ventils, also bei Abheben des Nadelkopfes vom Ventilsitz, über die
Ventil?ffnung
abgespritzt.Vorteile der
ErfindungDas
erfindungsgem?sse Kraftstoff-Einspritzventil
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ohne nennenswerte
konstruktive ?nderungen
in das an sich bekannte Einspritzventil ein elektrisches Heizelement
integriert ist, das durch die hohlzylindrische Ventilnadel hindurch
eine schnelle Erw?rmung
des vor dem Ventilsitz vorhandenen Kraftstoffvolumens sicherstellt.
Als konstruktive ?nderung
muss lediglich der Einlassstutzen am Ventilgeh?use verlegt werden, so dass
der Kraftstoff-Zulaufstutzen zum freien Zugang für das Heizelement und dessen
elektrischen Anschluss zur Verfügung steht.
Die W?rmeleitlanze
des Heizelements oder das Heizelement selbst k?nnen aufgrund ihres kleinen
Aussendurchmessers
vollst?ndig
in die Ventilnadel bis nahe an den Ventilkopf und der dort angeordneten
Kraftstoff-Austrittsl?cher
eingeschoben werden, so dass eine W?rmeerzeugung auch in unmittelbarer
Ventilsitzes stattfindet und durch die Erw?rmung des bei geschlossenem
Ventil unmittelbar vor dem Ventilsitz vorhandenen Kraftstoffvolumens
noch vor dem ersten Ventil?ffnen
sichergestellt ist. Um auch bei Kaltstart der Brennkraftmaschine
die Erw?rmung
des erstmals abgespritzten Kraftstoffvolumens herbeizuführen, wird
das Heizelement noch vor dem eigentlichen Start der Brennkraftmaschine eingeschaltet,
z.B. über
einen Türkontakt
durch ?ffnen
der Fahrzeugtür
oder mit Bet?tigung
der Fernentriegelung der Kraftfahrzeugtüren.Durch
die in den weiteren Ansprüchen
aufgeführten
Massnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruchs
1 angegebenen Einspritzventils m?glich.Gem?ss einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung wird als Heizelement eine in ihrer geometrischen Abmessungen
modifizierte Glühstiftkerze verwendet,
wie sie bei Dieselmotoren eingesetzt wird. Das einen Heizstift darstellende
Heizelement wird in diesem Fall von dem im Durchmesser reduzierten
Heizrohr der Glühstiftkerze
gebildet, das eine sich über
das Heizrohr erstreckende, elektrische Heizwendel enth?lt und mit
verpresstem, keramischem Pulver, vorzugsweise Magnesiumoxid-Pulver, gefüllt ist,
wodurch eine sehr gute W?rmeleitung
von der Heizwendel zum Heizrohr bzw. zur W?rmeleitlanze sichergestellt
ist.Besonders
vorteilhaft ist es, das Heizelement in Form eines Heizstifts in
seinem vorderen Bereich, mit dem es nah bis an den einen Ventilschliessk?rper bildenden
Nadelkopf heranragt, mit einem sehr kleinen Durchmesser auszubilden.
Der Durchmesser des Heizelements in diesem vorderen Bereich betr?gt nur 1,5
mm bis 2,5 mm.Gem?ss einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist das Heizrohr mit einem vom Ventilschliess- oder
Nadelkopf der Ventilnadel abgekehrten, hinteren Rohrabschnitt in
einem Geh?use
eingebettet und auf das Geh?use
ein Str?mungsk?rper aus gut
w?rmeleitendem
Material aufgeschoben, auf dessen Aussenmantel eine Führungsspirale
Kraftstoff in Form einer spiral- oder schraubenf?rmig verlaufenden Nut ausgebildet
ist. Durch diese Führungsspirale
wird die laminare Str?mung
des Kraftstoffs in eine um das Heizelement mehrfach umlaufende, schraubenf?rmige Str?mung umgewandelt,
wodurch der Kraftstoff wesentlich intensiver W?rme von dem Heizelement aufzunehmen
vermag und dadurch sehr gleichm?ssig erw?rmt wird.
Durch den Str?mungsk?rper mit
seiner bis zu der Innenwand des Kraftstoff-Zulaufkanals reichenden
Spiralstegh?he
wird auch das lichte Volumen im Zulaufkanal reduziert, was den Zeitgradienten
des im Kraftstoff-Zulaufkanal befindlichen Kraftstoffs verbessert.Die
des Kraftstoffs kann ebenso wie durch einen Str?mungsk?rper mit einer ?usseren Führungsspirale
auch durch einen Dralleinsatz weiter verbessert werden. Dieser Dralleinsatz
bewirkt, dass sich der Kraftstoff noch besser um die Heizfl?che verwirbelt.
kann dadurch die Verweilzeit an der heissen Fl?che verl?ngert und somit der W?rmeübertrag
verbessert werden.Auf
diese Weise wird vermieden, dass sich ein heisser Kraftstofffilm in der N?he der Heizfl?che bildet
und infolgedessen ein Teil des Kraftstoffs kalt vorbeifliesst.ZeichnungDie
Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
in der nachfolgenden Beschreibung n?her erl?utert. Es zeigen:1 einen
L?ngsschnitt
eines Kraftstoff-Einspritzventils mit einem Heizelement zur Erw?rmung des
Kraftstoffs,2 einen
L?ngsschnitt
des Heizelements im Kraftstoff-Einspritzventil
gem?ss 1 und3 einen
L?ngsschnitt
eines Heizelements für
ein Kraftstoff-Einspritzventil
gem?ss einem alternativen
Ausführungsbeispiel.Beschreibung
der AusführungsbeispieleDas
in 1 im L?ngsschnitt
dargestellte Kraftstoff-Einspritzventil,
das vorzugsweise bei Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen
in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, weist einen rohrf?rmigen Ventilsitztr?ger 11 auf,
in dessen einem Stirnende ein Ventilsitzk?rper 12 eingesetzt
ist. Im Ventilsitzk?rper 12 ist
eine Ausspritz- oder Ventil?ffnung 13 ausgebildet,
die von einem Ventilsitz 14 umgeben ist. Im Ventilsitztr?ger 11 ist
eine hohlzylindrische Ventilnadel 15 axial verschieblich
Die Ventilnadel 15 ist an ihrem vom Ventilsitzk?rper 12 abgekehrten
Ende offen und an ihrem den Ventilsitzk?rper 12 zugekehrten
Ende mit einem Ventilschliess-
oder Nadelkopf 16 abgeschlossen, der mit dem Ventilsitz 14 zum
Freigeben und Verschliessen
der Ventil?ffnung 13 zusammenwirkt.
Nahe dem Nadelkopf 16 sind im Mantel der Ventilnadel 15 radiale Austrittsl?cher 17 für den in
das offene Ende der Ventilnadel 15 einstr?menden Kraftstoff
vorhanden.Zum
der aus weichmagnetischem Material hergestellten Ventilnadel 15 dient
ein Elektromagnet 20 mit einem im Innern des Ventilsitztr?gers 11,
z.B. durch Pressung, festgelegten, hohlzylindrischen Magnetkern 19,
einer auf den Ventilsitztr?ger 11 aufgeschobenen
Magnetspule 18 und einem die Magnetspule 18 umschliessenden Magnettopf 21, der
auf dem Ventilsitztr?ger 11 befestigt
ist. Der Elektromagnet 20 ist auf dem Ventilsitztr?ger 11 so
angeordnet, dass die Ventilnadel 15 teilweise in den Bereich
der Magnetspule 18 hineinragt und mit ihrer endseitigen,
ringf?rmigen
Stirnfl?che
der Stirnfl?che des
hohlzylindrischen Magnetkerns 19 mit Spaltabstand gegenüberliegt.
In den hohlzylindrischen Magnetkern 19 ist noch eine Einstellhülse 22 zur
Einstellung der Schliesskraft
einer auf die Ventilnadel 15 wirkenden Ventilschliessfeder 23 eingepresst.
Die als Druckfeder ausgebildete Ventilschliessfeder 23 stützt sich
zwischen einer im Innern der Ventilnadel 15 ausgebildeten
Radialschulter 24 und der Einstellhülse 22 ab.In
das vom Ventilsitzk?rper 12 abgekehrte
offene Ende des Ventilsitztr?gers 11 ragt
eine dünnwandige
Hülse 25 hinein,
die mit dem Ventilsitztr?ger 11 fest
verbunden ist. Eine Kunststoffumspritzung 26 umschliesst teilweise
die Hülse 25,
den Ventilsitztr?ger 11 und
den Magnettopf 21 und stellt somit eine starre Verbindung
zwischen Hülse 25 und
Ventilsitztr?ger 11 her.
In der Kunststoffumspritzung 26 ist ein Anschlussstecker 27 für die Magnetspule 18 integriert.
Die Hülse 25 steht
axial aus der Kunststoffumspritzung 26 vor.Eine
Aufstülpkappe 28 weist
eine zentrale, axiale Stufen?ffnung 29 mit
einem durchmesserkleineren ?ffnungsabschnitt 291 und
einem durchmessergr?sseren ?ffnungsabschnitt 292 auf
und ist so auf das Vorstehende der Hülse 25 aufgesetzt,
dass der durchmesserkleinere ?ffnungsabschnitt 291 kongruent
mit der Hülsen?ffnung ist
und der den durchmessergr?sseren ?ffnungsabschnitt 292 aufweisende Kappenabschnitt
die Kunststoffumspritzung 26 übergreift. Die Aufstülpkappe 28 ist
mittels einer z.B. auf die Kunststoffumspritzung 26 aufgeklipsten
Federspange 30 undrehbar und axial unverschieblich an der
Kunststoffumspritzung 26 festgelegt. An dem den durchmesserkleineren ?ffnungsabschnitt 291 aufweisenden
Kappenabschnitt der Aufstülpkappe 28 ist ein
Kraftstoff-Einlassstutzen 31 angeformt, dessen radial zu
dem durchmesserkleineren ?ffnungsabschnitt 291 verlaufender
Einlasskanal 311 in dem durchmesserkleineren ?ffnungsabschnitt 291 mündet. Der
durchmesserkleinere ?ffnungsabschnitt 291 in
der Aufstülpkappe 28,
die Hülse 25,
ein oberhalb des hohlzylindrischen Magnetkerns 19 liegender
Teil des Ventilsitztr?gers 11 und
der hohlzylindrische Magnetkern 19 umschliessen einen
Kraftstoff-Zulaufkanal 32,
der am offenen Ende der Ventilnadel 15 mündet. In
dem Kraftstoff-Zulaufkanal 32 str?mt der über den Kraftstoff-Einlassstutzen 31 dem
Ventil zugeführte
Kraftstoff durch die Ventilnadel 15 hindurch zu dem Ventilsitzk?rper 12.In
dem zur Stirnseite der Aufstülpkappe 28 hin
offenen Kraftstoff-Zulaufkanal 32 ist
ein elektrisches Heizelement 33 mit einer in die Ventilnadel 15 bis
nahe zu deren Nadelkopf 16 hineinragenden W?rmeleitlanze 34 bzw.
einem Heizrohr 36 eingesetzt. Als elektrisches Heizelement 33 wird
eine Glühstiftkerze
verwendet, wie sie bei Dieselbrennkraftmaschinen Anwendung findet,
die jedoch bezüglich
ihrer geometrischen Abmessungen modifiziert ist.In 2 ist
ein L?ngsschnitt
einer als Heizelement 33 eingesetzten Glühstiftkerze
dargestellt. Die Glühstiftkerze
weist ein Heizrohr 36 in Form eines Heizstiftes auf, dessen
Durchmesser gegenüber dem
Heizrohr einer herk?mmlichen
Glühstiftkerze
im Durchmesser reduziert ist, und zwar soweit, dass das Heizrohr 36 in
das hohle Innere der Ventilnadel 15 einschiebbar ist. In
dem Heizrohr 36 ist in bekannter Weise eine Heizwendel 37 aufgenommen, die
an einem Kontaktstift 38 angeschlossen ist. Das Heizrohr 36 ist
mit verpresstem, keramischem Pulver, z.B. Magnesiumoxid, gefüllt, wodurch
eine sehr gute W?rmeleitung
von der Heizwendel 37 zum Heizrohr 36 besteht.
Das Heizrohr 36 ist teilweise von einem Kerzengeh?use 39 umschlossen.
Dieses Kerzengeh?use 39 liegt
in dem von der Hülse 25 und
von der Aufstülpkappe 28 umschlossenen
Abschnitt des Kraftstoff-Zulaufkanals 32 ein (1).
Im Bereich des von der Hülse 25 definierten
Abschnitts des Kraftstoff-Zulaufkanals 32 ist
auf das Heizrohr 36 ein Str?mungsk?rper 40 aufgesetzt,
der an der Innenwand der Hülse 25 fast
anliegt. In dem Str?mungsk?rper 40 ist eine
spiral- oder schraubenf?rmig
verlaufende Führungsnut 41 ausgebildet,
durch welche der in die Hülse 25 eintretende
Kraftstoffstrom in eine Spiralbewegung um das Heizelement 33 herum
gezwungen wird, bevor er über
die Einstellhülse 22 hindurch
in die Ventilnadel 15 eintritt. Zus?tzlich wird durch diesen Str?mungsk?rper 40 der
Str?mungsquerschnitt des
in der Hülse 25 verlaufenden
Kanalabschnitts des Kraftstoff-Zulaufkanals 32 verengt.
Der Str?mungsk?rper 40 kann
z.B. einstückig
mit der W?rmeleitlanze 34 ausgeführt sein.Das
Kerzengeh?use 39 ist
beispielsweise mittels eines Gewindeabschnitts 43 in der
Aufstülpkappe 28 festgelegt.
Der Kontaktstift 38 ist über eine Dichtung 44 am
Kerzengeh?use 39 festgelegt
und steht stirnseitig über
das Kerzengeh?use 39 und
die Aufstülpkappe 28 vor.
Zur Kontaktierung des Kontaktstiftes 38 ist ein Anschlussstecker 45 (2)
auf diesen aufgesetzt.In
der 3 ist ein L?ngsschnitt
eines Heizelements 33 für
ein Kraftstoff-Einspritzventil gem?ss einem alternativen Ausführungsbeispiel
gezeigt. Dabei weist das Heizrohr 36 eine gestufte Kontur
auf. Besonders vorteilhaft ist es, das Heizelement 33 in Form
eines Heizstifts oder Heizrohrs 36 in seinem vorderen Bereich,
mit dem es nah bis an den einen Ventilschliessk?rper bildenden Nadelkopf 16 heranragt,
mit einem sehr kleinen Durchmesser auszubilden. Der Durchmesser
des Heizelements 33 in diesem vorderen Bereich betr?gt in idealer
Weise nur 1,5 mm bis 2,5 mm. Die Heizwendel 37 kann trotz dieser
geringen Abmessungen des Heizrohrs 36 erfindungsgem?ss bis in
die unmittelbare Spitze hineinragen und somit die Ventilnadel 15 fast
vollst?ndig durchdringen.
Die Heizwendel 37 des Heizrohres 36 ist z.B. an
einem aus dem Kerzengeh?use 39 ragenden
Anschlussbolzen 42 angebracht.Die
des Kraftstoffs kann ebenso wie durch einen Str?mungsk?rper 40 mit einer ?usseren Führungsspirale 41 auch
durch einen nicht dargestellten Dralleinsatz weiter verbessert werden. Dieser
Dralleinsatz bewirkt, dass sich der Kraftstoff noch besser um die
Heizfl?che
verwirbelt. Ausserdem kann
dadurch die Verweilzeit an der heissen Fl?che verl?ngert und somit der W?rmeübertrag
verbessert werden. Auf diese Weise wird vermieden, dass sich ein
Kraftstofffilm in der N?he
der Heizfl?che bildet
und infolgedessen ein Teil des Kraftstoffs kalt vorbeifliesst.
FreePatentsOnline.com. All rights reserved.Cap for a pre-fillable disposable syringe
European Patent EP1101505
Abstract of EP1101505The protective shrouding (1), for a filled disposable plastics hypodermic syringe, covers the injection needle (4) bonded to the outlet end of the hypodermic syringe body (2,3). It has an outer stiff plastics cap (5), of a hard and elastic material, surrounding the injection needle (4) at the syringe body (2,3). Within the cap (5) there is a shrouding (6) at least for the needle point, of a soft and elastic material. The plastics cap (5) has a nominal fracture point (7) at the syringe body (2,3) formed through direct welding or an adhesive.
Inventors:
Heinz, Dr. Jochen (An der Holsatia Mühlc 1, Kiel, 24149, DE)
Spallek, Dr. Michael (Welfenstrasse 14, Ingelheim, 55218, DE)
Application Number:
Publication Date:
03/26/2003
Filing Date:
10/28/2000
Export Citation:
Schott, Glas (Hattenbergstrasse 10, Mainz, 55122, DE)
CARL-ZEISS-STIFTUNG trading as SCHOTT GLAS (Hattenbergstrasse 10, Mainz, 55122, DE)
International Classes:
A61M5/32; A61M5/31; (IPC1-7): A61M5/32
European Classes:
View Patent Images:
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Domestic Patent References:
Foreign References:
DE8906101UDEU5135514Plastic cartridge and syringe5147328Syringe assembly5522812Combined dental syringe and needle shield
Attorney, Agent or Firm:
Fuchs Mehler Weiss & Fritzsche (Patentanw?lte Postfach 46 60, Wiesbaden, 65036, DE)
1. Cap (1) for a pre-fillable disposable syringe made of plastic with a syringe body (2, 3) and an injection needle (4) firmly connected directly in its end (2) on the outlet side, comprising an outer rigid plastic protective needle cap (5) made of hard-elastic material, which can be fitted directly onto the syringe body (2, 3), enclosing the injection needle (4), and which is provided on the inside, at least in the region of the needle tip, with a sealing lining (6) consisting of a soft-elastic material, characterized in that the plastic protective needle cap (5) is welded or adhesively bonded directly to the syringe body (2, 3), running around the latter, thereby forming a predetermined separating location (7) in the welded or adhesively bonded joint.
2. Cap according to Claim 1, characterized in that the axial sealing length of the plastic protective needle cap (5) on the syringe body and the axial extent of the inner lining (6) of the rigid plastic protective needle cap (5) are made to match each other in such a way that, when the protective needle cap (5) is pulled off, the interior of the cap is forcibly ventilated before the needle tip is exposed by the inner lining (6).
3. Cap according to Claim 1 or 2, characterized in that the outer rigid plastic protective needle cap (5) is closed on all sides.
4. Cap according to Claim 1 or 2, characterized in that the outer rigid plastic protective needle cap (5) has at the tip a recess (9) which can be closed in a sealed manner by the inner soft-elastic lining (6).
5. Cap for a pre-fillable disposable syringe made of plastic, with a syringe body on the end of which, on the outlet side, a connecting cone of a tapered connection is formed, comprising an elastomeric cap which is fitted onto the connecting cone and is covered by an outer rigid plastic cap connected directly to the syringe body, characterized in that the rigid plastic cap is welded or adhesively bonded directly to the syringe body, running around the latter, thereby forming a predetermined separating location in the welded or adhesively bonded joint.
Description:
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verschluss für eine vorfüllbare Einmalspritze aus Kunststoff mit einer in deren austrittsseitigem Endes des Spritzenk?rpers fest verbundenen Injektionsnadel, bestehend aus einer ?usseren steifen Kunststoffkappe aus hartelastischem Material, die auf den Spritzenk?rper, die Injektionsnadel umhüllend, aufsetzbar ist, und die innen, zumindest im Bereich der Nadelspitze, mit einer aus einem weichelastischen Werkstoff bestehenden dichtenden Auskleidung versehen ist.Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Verschluss für eine vorfüllbare Einmalspritze aus Kunststoff, mit einem an deren austrittsseitigem Ende des Spritzenk?rpers angeformten Anschlusskonus einer Kegelverbindung, bestehend aus einer auf den Anschlusskonus aufgesetzten elastomeren Verschlusskappe, die von einer ?usseren, mit dem Spritzenk?rper verbundenen steifen Kunststoffkappe abgedeckt ist.Vorgefüllte Einmalspritzen mit integrierter Injektionsnadel, auch Fertigspritzen genannt, seien sie aus Glas oder aus Kunststoff gefertigt, müssen w?hrend ihrer Lagerung zum Schutz der Injektionsnadel und des Spritzeninhaltes mit einer Nadelkappe versehen sein, die erst unmittelbar vor der Applikation entfernt wird. Diese Fertigspritzen werden u.a. in einschl?gigen Normen beschrieben, in denen die Injektionsnadel auch als Injektionskanüle und die Nadelkappe als Schutzkappe bezeichnet wird. Sie werden typischerweise für medizinische, d.h. pharmazeutische und diagnostische Zwecke, aber auch für kosmetische Zwecke hergestellt.Nadelkappen sind für vorgenannte Fertigspritzen in den vielf?ltigsten Ausführungen bekannt bzw. auf dem Markt. Am weitesten verbreitet, sozusagen die klassische Ausführungsform, sind Nadelkappen, die aus einem Elastomer, vorzugsweise Gummi oder Naturkautschuk, hergestellt sind, wobei die L?nge so gross gew?hlt ist, dass die Spitze der Injektionsnadel beim Aufsetzen der Kappe in die Kappenspitze einsticht und von dem Material der Kappe dichtend umschlossen bleibt. Eine derartige Nadelkappe in Verbindung mit einer im Spritzenkopf fest integrierten Injektionsnadel ist beispielsweise durch die DE-27 17 830 A1 (dortige Fig. 6) bekannt geworden. Sie besitzt auf der einen Seite die vorteilhafte Eigenschaft, dass sie einfach auf den Spritzenkopf aufstülpbar und von ihm ohne vorbereitende Schritte vollst?ndig abziehbar ist, und dabei auch eine mikrobiologisch sichere Abdichtung gew?hrleistet, da sich das elastische Kappenhemd an den Spritzenkopf dichtend anschmiegt. Sie besitzt jedoch auf der anderen Seite eine Reihe von nachteiligen Eigenschaften:
Die Nadelkappe kann infolge der Weichheit des Werkstoffes nur bedingt mechanischen Beeintr?chtigungen entgegenwirken. Sie kann bei der Handhabung durch den Anwender auch durchstochen werden, was eine nicht unerhebliche Verletzungsgefahr für den Anwender beinhaltet. Die Nadelkappe wird beim Abziehen zusammengedrückt und legt sich eng an die Kanülenoberfl?che an. Dies führt zu einem, zumindest teilweise, Abstreifen des auf die Nadel aufgebrachten Silikons, das als Gleitmittel beim Injektionsvorgang dienen soll. Fehlt nun dieses Gleitmittel, ist die Injektion mit Schmerzen beim Injektionsvorgang verbunden. Ferner k?nnen sich Silikonpartikel/-tr?pfchen bilden, die so in den K?rper gelangen k?nnen. Die automatisierte Montage der Nadelkappe ist schwierig, da eine sicher kontrollierbare Wegbegrenzung für den Aufstülpvorgang fehlt, so
dass es leicht vorkommen kann, dass die Nadelkappe zu weit oder wenig weit auf den Spritzenkopf aufgesetzt wird. Beide F?lle sind ?usserst nachteilig, da im ersten Fall die Nadel durch die Nadelkappe durchstechen kann, im zweiten Fall eine mikrobiologisch sichere Abdichtung nicht mehr gew?hrleistet ist. Die Injektionsnadel ist im aufgesetzten Zustand der Nadelkappe visuell durch den Anwender nicht kontrollier- bzw. beurteilbar, beispielsweise, ob die Nadel für den vorgesehenen Zweck die geeignete ist oder ob die Nadel verbogen, verunreinigt, besch?digt ist. Es muss dazu die Nadelkappe abgezogen und gegebenenfalls wieder aufgestülpt werden, was die grosse Gefahr der mikrobiologischen Kontamination der Nadel oder sogar des Spritzeninhalts bzw. ein Durchstechen der Nadelkappe und/oder ein Verbiegen der Nadel mit sich bringt. Nach einem Abziehen kann die Nadelkappe ohne weiteres wieder aufgesetzt werden, d.h. es ist keine Originalit?tssicherung gew?hrleistet. Durch das Abziehen der Nadelkappe wird ein Unterdruck an der Nadelspitze erzeugt, so dass es leicht zu einem Austreten der in die Spritze gefüllten Flüssigkeit kommt. Für den Anwender ist es notwendig, diesen Flüssigkeitstropfen zu entfernen, was zum einen die tats?chliche applizierte Dosis vermindert, zum anderen wird die ?ussere Nadeloberfl?che mit Medikament benetzt.Bei der Injektion wird dadurch Medikament undefiniert in den Einstichkanal eingebracht, was generell unerwünscht ist und bei einigen Medikamenten, z. B. Antikogulanzien (Heparin etc.) zu Blutergüssen an der Einstichstelle führen kann. Um diese Nachteile zu vermeiden, beschreibt beispielsweise die
DE 89 06 101 U eine Nadelkappe, bestehend aus einer Kunststoffkappe aus relativ hartelastischem Material, die innen, zumindest im Bereich der Kanülenspitze, mit einem weichelastischen dichtenden Werkstoff ausgekleidet ist. Hierdurch kann dieser weichelastische Werkstoff auf optimale Dichtungseigenschaften ausgew?hlt sein (Dichtfunktion), w?hrend der hartelastische Werkstoff geeigneter ist, mechanischen ?usseren Beeintr?chtigungen entgegen zu wirken (Schutzfunktion).Von einer derartigen Nadelkappe geht die Erfindung, soweit sie sich auf eine vorfüllbare Einmalspritze mit integrierter Injektionsnadel bezieht, aus.Neben den Kunststoff-Fertigspritzen mit integrierter Injektionsnadel sind auch solche Fertigspritzen bekannt, die am austrittsseitigen Ende des Spritzenk?rpers einen daran angeformten Anschlusskonus einer Kegelverbindung, sogenannte Luer oder Luer-lock Kegelverbindungen gem?ss DIN ISO 594, besitzen. Auf diesen Anschlusskonus kann typischerweise im Applikationsfall ein separater Nadelhalter aufgesetzt werden.Der Verschluss für diesen Spritzentyp besteht typischerweise aus einer auf den Anschlusskonus aufgesetzten elastomeren Verschlusskappe, einem sogenannten Tip-Cap, die von einer ?usseren steifen Kunststoffkappe aus hartelastischem Material abgedeckt ist.Von einem derartigen Verschluss, wie er beispielsweise aus der EP 0 716 860 A2 oder der DE 195 37 163 C1 bekannt geworden ist, geht die Erfindung aus, soweit sie sich auf nadellose Spritzenk?rper bezieht.Bei beiden Spritzentypen wird das Verschlusssystem typischerweise l?sbar über Hinterschnitte oder ?berst?nde am Spritzenk?rper befestigt.Diese Befestigungsart ist fertigungstechnisch sehr aufwendig. Sie macht es notwendig, sowohl hinsichtlich des Spritzenk?rpers als auch des Verschlusses mit hoher Pr?zision zu arbeiten, um sicherzustellen, dass z.B. nach einer Sterilisation der befüllten und verschlossenen Spritze, beispielsweise durch Autoklavieren bei 121°C/20 min gem?ss den Forderungen in den Arzneibüchern, der Verschluss aufgrund thermischer Ausdehnung des Gesamtsystems nicht abf?llt bzw. sich lockert, oder dass es zu einer mikrobiologischen Undichtigkeit des Verschlusses kommt.Es kommt ein weiteres hinzu.Vielfach besteht die Forderung, dass sichergestellt werden soll, dass die Fertigspritzen nicht wiederholt benutzbar sind. Dies führt zur Notwendigkeit eines Verschlusssystems, das sich nach erstmaligem ?ffnen nicht wieder in den ursprünglichen Zustand zurückversetzen l?sst.Derartige "Originalit?tsverschlüsse" sind beispielsweise für den Spritzentyp mit integrierter Nadel durch die DE 297 08 314 U1 und für den Spritzentyp mit Anschlusskonus neben der bereits erw?hnten DE 195 37 163 C1 und EP 0 716 860 A2 durch die EP 0 917 882 A1 und EP 0 830 868 A2 bekannt geworden.In allen diesen bekannten F?llen ist, wie bei den Verschlüssen ohne Originalit?tssicherung, die ?ussere steife Kunststoffkappe auf dem Spritzenk?rper durch Hinterschnitte und/oder ?berst?nde mechanisch fixiert, mit den nachteiligen Konsequenzen, wie sie eingangs erl?utert sind.Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und sicheren Verschluss für vorfüllbare Einmalspritzen aus Kunststoff mit und ohne integrierter Nadel zu schaffen, der zur mechanischen Fixierung an dem
Spritzenk?per keine Hinterschnitte oder ?berst?nde erfordert, und der als Originalit?tsverschluss ausgebildet ist.Die L?sung dieser Aufgabe gelingt bei einem Verschluss gem?ss den Ansprüchen 1 und 5.Die erfindungsgem?ssen Massnahmen schaffen durch die fertigungstechnisch relativ einfach durchzuführenden Schweiss- oder Klebevorg?nge eine einfache und dennoch sichere Verbindung, die den Verschluss auch bei dem bei einer Autoklavierung entstehenden erh?hten Innendruck im Beh?ltnis sicher auf dem Beh?lter fixiert und so Dichtigkeit, insbesondere die mikrobiologische Dichtigkeit, gew?hrleistet, und die wegen der Fixierung von ebenen Fl?chen keine Hinterschnitte und/oder ?berst?nde ben?tigt.Ist durch Brechen der Solltrennstelle der Verschluss einmal ge?ffnet, kann er (mit den beim Anwender vorhandenen Mitteln) nicht wieder in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden. Solltrennstellen im Rahmen von Originalit?tsverschlüssen sind an sich durch eingangs zitierte Schriften bekannt geworden.Ausgestaltende Merkmale der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet und werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung n?her beschrieben.Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen generell mit 1 bezeichneten, als Nadelkappe ausgebildeten Verschluss für eine vorfüllbare Einmalspritze mit einer im Spritzenkopf 2 eines Kunststoff-Spritzenk?rpers 3 der Einmalspritze fest verbundenen Injektionsnadel 4. Die Nadelkappe besteht aus zwei Teilen, n?mlich aus einer ?usseren Kunsstoffkappe 5 aus relativ hartelastischem Material (zum Beispiel transparenten Polymeren wie Cycloolefincopolymer (COC), Polystyrol, Polyethylenterephtalat (PET), Polyethylennaphtylat (PEN), Polymethylpenten (TP), Acrylbutadienstyrol (ABS), Plycarbonat (PC) oder semitransparenten Polymeren, wie Polyethylen, Polypropylen), die innen im Bereich der Nadelspitze mit einer aus einem weichelastischen Werkstoff z.B. Naturkautschuk, Halogenbuthylelastomere, vorzugsweise einem transluzenten gummiartigen Elastomer (z.B. Silikonkautschuk, thermoplastische Elastomere, COC-Elastomere), bestehenden dichtenden Auskleidung 6 versehen ist. Die Auskleidung ist dabei formschlüssig in einer entsprechenden Ausnehmung der Kunststoffkappe 5 aufgenommen.In einer weiteren Ausführungsform ist es m?glich, mittels einem Zweikomponentenspritzgussverfahren die ?ussere Hülle aus einem der o.g. Kunststoffe und die Auskleidung mit einem weich-elastischen thermoplastischen Elastomer (TPE) oder Silikonkautschuk in einem Arbeitsschritt herzustellen.Die Nadelspitze wird durch die Auskleidung 6 abgedichtet, indem die Nadel in dieses Teil beim Aufstülpen der Nadelkappe auf den Spritzenkopf 2 eingestochen wird.Die Kunststoffkappe 5 besitzt einen umlaufenden Bund 5a. Dieser Bund 5a ist unter Ausbildung einer umlaufenden Solltrennstelle 7 über seinem gesamten Umfang mit dem Spritzenk?rper 3 fest mechanisch verbunden, wobei die mechanische Verbindung auch die notwendige mikrobiologische Abdichtung sicherstellt.Die Verbindung kann in der Weise erfolgen, dass die Kunststoffkappe 5 mit dem Kunststoff-Spritzenk?rper 3 direkt verschweisst wird, z.B. durch Ultraschall-Verschweissen oder Laser-Schweissen oder Induktions-Schweissen, je nach Kunststoffmaterial bzw. Fertigungsm?glichkeiten.Die direkte Verbindung kann auch durch Verkleben erfolgen, z.B. durch Klebstoffe, insbesondere Epoxidharze, die mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung ausgeh?rtet werden.Diese Verbindungstechniken sind bekannt und brauchen daher hier nicht n?her dargestellt zu werden.Die vorstehende Art der Verbindung erfordert keine Hinterschnitte oder ?berst?nde wie bei den bekannten Verschlüssen. Sie gew?hrleistet einen einfachen und dennoch sicheren Verschluss für Fertigspritzen ohne die eingangs geschilderten Nachteile.Sie gew?hrleistet zudem einen Originalit?tsverschluss, d.h. stellt ein Verschlusssystem dar, das sich nach erstmaligem ?ffnen nicht wieder in den ursprünglichen Zustand zurückversetzen l?sst.In der Figur ist eine Kunststoff-Fertigspritze mit integrierter Injektionsnadel dargestellt. Die Erfindung kann jedoch auch bei Kunststoff-Fertigspritzen angewendet werden, die keine integrierte Injektionsnadel sondern einen Anschlusskonus, eine sogenannte Luer oder Luer-lock Kegelverbindung gem?ss der Norm ISO 594, für einen separaten Nadelaufsatz aufweisen.In einem derartigen Fall ist auf dem Anschlusskonus in üblicher Weise eine elastomere Verschlusskappe, ein sogenanntes "Tip-Cap", aufgesetzt, die ihrerseits mit einer harten Kunststoffkappe entsprechend der Kappe 5 in der Zeichnung abgedeckt ist. Diese harte Kunststoffkappe ist dann, wie vorstehend beschrieben, mit dem Spritzenk?rper unter Ausbildung einer Solltrennstelle veschweisst oder verklebt.Die Nadelkappe 5 in der Zeichnung besteht vorzugsweise aus einem transparenten Kunststoffmaterial, wodurch mit Vorteil eine visuelle Inspektion der Injektionsnadel bei aufgesetzter Nadelkappe m?glich ist.Der Spritzenkopf 2 und die Nadelkappe 1 sind auf vorteilhafte Weise so aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass beim Abziehen der Kunststoffkappe 5 mit der inneren Auskleidung 6 die ?ffnung in der Nadelspitze erst dann von der weichelastischen inneren Auskleidung 6 der Kunststoffkappe 5 freigegeben wird, wenn das Kappeninnere zur Herstellung eines Druckausgleiches belüftet ist, d.h. der Druck im Kappeninneren dem ?usseren Luftdruck entspricht.Dadurch ist mit grossem Vorteil ein tropfenfreies Abziehen der Nadelkappe 1 m?glich.Konstruktiv wird das tropfenfreie Abziehen dadurch gew?hrleistet, dass die Dichtstrecke für die Nadelspitze in der Auskleidung 6 gr?sser ist als die Dichtstrecke der Nadelkappe 1 auf dem Spritzenkopf 2.Bei der Ausführungsform nach der Zeichnung ist die ?ussere Kunststoffkappe 5 allseitig geschlossen. Die Einbringung der inneren weichelastischen Auskleidung 6, die vorzugsweise aus einem gummiartigen Elastomer besteht, ist daher nur spritzenkopfseitig über die zugeh?rige ?ffnung in der ?usseren Kunststoffkappe 5 m?glich.Es sind auch Ausführungen denkbar, bei denen die ?ussere Kunststoffkappe 5 an der Spitze eine Ausnehmung aufweist, die durch die innere weichelastische Auskleidung 6 pfropfenartige dicht verschliessbar ist.Die Auskleidung kann dabei bündig mit der Kunststoffkappe 5 abschliessen oder etwas darüber hinaus stehen.Dadurch wird die Montage der Nadelkappe aus ihren beiden Komponenten erleichtert, beispielsweise dadurch, dass die innere Auskleidung an ihrem überstehenden Ende sicher gefasst werden kann.Diese Ausführungen erm?glichen eine Montage der inneren Auskleidung 6 von der Kappenspitze her, was gegebenenfalls fertigungstechnisch günstiger sein kann als die Montageart nach der Zeichnung.
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