-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
-
Zur Behandlung von Krankheiten, wie beispielsweise Diabetes mellitus, kann ein Patient ein Medikament, wie beispielsweise Insulin, eigenständig injizieren. Dazu kann der Patient ein Injektionsgerät verwenden, welches eine Vorwahl der abzugebenden Dosis ermöglicht.
-
Die
WO 2015/074979 A2 zeigt ein federunterstütztes Medikamentenabgabegerät.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines eine Dosis eines Dosiergeräts repräsentierenden Werts ein Dosiergerät, weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
-
Die abzugebende Dosis kann über einen Drehknopf am Gerät eingestellt werden. Durch Drücken des Drehknopfs kann die Abgabe der Dosis gestartet werden. Die Dosis ist proportional zu einem Drehwinkel zwischen einer ersten Winkelstellung des Drehknopfs vor Beginn des Einstellens und einer zweiten Winkelstellung nach dem Ende des Einstellens. Daher kann ein Rückschluss auf die Dosis gezogen werden, indem der Drehwinkel erfasst wird.
-
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird der Drehwinkel über einen Drehwinkelsensor mit gekoppelten Spulen erfasst. Dieser ist robust, berührungslos und kann den Drehwinkel mit einer hohen Genauigkeit abbilden.
-
Es wird eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines eine Dosis eines Dosiergeräts repräsentierenden Werts, wobei die Erfassungseinrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
einen mit einem drehbaren Dosierknopf des Dosiergeräts koppelbaren Drehwinkelsensor, der eine Spuleneinheit und eine relativ zur Spuleneinheit drehbare elektrisch leitende Störflächeneinheit aufweist, wobei die Spuleneinheit und die Störflächeneinheit quer zu einer Drehachse des Dosierknopfs ausgerichtet sind und die Spuleneinheit eine Sendespule, eine erste Empfangsspule und zumindest eine zweite Empfangsspule umfasst, wobei der Drehwinkelsensor dazu ausgebildet ist, einen die Dosis repräsentierenden Drehwinkel des Dosierknopfs in einem Drehwinkelsignal abzubilden; und
eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Wert der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals zu bestimmen.
-
Unter einem Dosiergerät kann ein Medikamentenabgabegerät, insbesondere ein Insulininjektionsgerät verstanden werden. Eine Dosis kann ein Flüssigkeitsvolumen oder eine Fluidmenge, beispielsweise ein flüssiges Medikament wie Insulin sein, welches von dem Dosiergerät abgegeben werden soll oder abgegeben wird. Ein Dosierknopf kann ein Bedienelement des Dosiergeräts sein. Der Dosierknopf kann ferner drückbar sein. Der Drehwinkel kann ein Winkelschritt zwischen einer Startposition und einer Endposition des Dosisknopfs sein. Ein Drehwinkelsignal kann ein elektrisches Signal sein.
-
Die erste Empfangsspule und alternativ oder ergänzend die zweite Empfangsspule kann zumindest eine erste Spulenwicklung und zumindest eine zu der ersten Spulenwicklung gegenläufige zweite Spulenwicklung aufweisen. Die erste Spulenwicklung kann in eine erste Richtung gewickelt sein. Die zweite Spulenwicklung kann in eine zu der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung gewickelt sein. Durch gegenläufige Wicklungen kann eine in der ersten Spulenwicklung induzierte elektrische Spannung durch eine in der zweiten Spulenwicklung induzierte Spannung neutralisiert werden, wenn beide Spulenwicklungen unbeeinflusst von der Störflächeneinheit sind. Dadurch kann ein Selbsttest der Erfassungseinrichtung durchgeführt werden.
-
Die erste Empfangsspule und alternativ oder ergänzend die zweite Empfangsspule kann innerhalb der Sendespule angeordnet sein. Die Sendespule kann die Empfangsspulen umschließen. Dadurch kann eine gute elektromagnetische Kopplung der Spulen erreicht werden.
-
Die erste Empfangsspule und die zweite Empfangsspule können zueinander verdreht angeordnet oder ausgerichtet sein. Die Empfangsspulen können um einen Phasenwinkel zueinander verdreht sein. Durch die Verdrehung werden in den Empfangsspulen bei Anwesenheit der Störflächeneinheit unterschiedliche elektrische Signale induziert. Aus diesen Signalen kann durch trigonometrische Operationen auf den Drehwinkel geschlossen werden.
-
Der Drehwinkelsensor kann zumindest eine weitere Empfangsspule aufweisen. Insbesondere kann der Drehwinkelsensor drei Empfangsspulen aufweisen, die jeweils einen elektrischen Phasenwinkel von 120 Grad zueinander aufweisen oder in einem solchen Phasenwinkel zueinander ausgerichtet sind. Durch drei Spulen kann eine eindeutige Winkelerkennung erreicht werden.
-
Die Störflächeneinheit kann als elektrisch leitende Fläche ausgebildet sein. Ein Flächeninhalt einer Störfläche der Störflächeneinheit kann kleiner als ein Flächeninhalt der Sendespule oder der Wicklung der Sendespule sein.
-
Insbesondere kann die Störfläche der Störflächeneinheit die Form eines Kreissegments aufweisen.
-
Die Störflächeneinheit kann eine Störempfangsspule und zumindest eine Störsendespule aufweisen. Durch die Störempfangsspule kann das elektromagnetische Feld von der Sendespule in die Störflächeneinheit einkoppeln und ein elektrisches Signal in der Störsendespule erzeugen. Das elektrische Signal erzeugt in der Störsendespule ein elektromagnetisches Störfeld, das seinerseits in die Empfangsspulen einkoppelt und dort wiederum je ein elektrisches Signal erzeugt. Das Störfeld ist winkelfest zu der Störflächeneinheit. Das elektrische Signal der Empfangsspulen ist winkelabhängig.
-
Die Störsendespule kann eine erste Spulenwicklung und eine zu der ersten Spulenwicklung gegenläufige zweite Spulenwicklung aufweisen. Durch die gegenläufigen Spulen werden gegengerichtete elektromagnetische Felder erzeugt.
-
Weiterhin wird ein Dosiergerät mit folgenden Merkmalen vorgestellt:
einem Dosierknopf zum Einstellen einer Dosis, wobei die Dosis über einen Drehwinkel des Dosierknopfs einstellbar ist; und
einer Erfassungseinrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei der Drehwinkelsensor mit dem Dosierknopf gekoppelt ist, um den Drehwinkel zu erfassen.
-
Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Dosis eines Dosiergeräts vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen eines Drehwinkelsignals eines mit einem drehbaren Dosierknopf des Dosiergeräts gekoppelten Drehwinkelsensors der Erfassungseinrichtung, wobei das Drehwinkelsignal einen die Dosis repräsentierenden Drehwinkel des Dosierknopfs abbildet; und
Bestimmen eines Werts der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals.
-
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
-
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
-
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 ein Blockschaltbild einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
-
2 eine Darstellung eines Dosierknopfs mit einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
-
3 eine Darstellung einer Spuleneinheit und einer Störflächeneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
-
4 Darstellungen von Spulen einer Spuleneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
-
5 eine Darstellung einer Spuleneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
-
6 eine Darstellung einer Spuleneinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
-
7 eine Darstellung einer Störflächeneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
-
8 eine Darstellung einer Störflächeneinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
-
9 eine Darstellung von Signalverläufen an einem Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
-
10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
-
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Erfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Erfassungseinrichtung 100 ist Bestandteil eines Dosiergeräts 102 mit einem Dosierknopf 104 zum Einstellen einer abzugebenden Fluidmenge. Der Dosierknopf 104 ist gegenüber einem Griff 106 des Dosiergeräts 102 drehbar. Die Fluidmenge beziehungsweise Dosis ist über einen Drehwinkel des Dosierknopfs 104 zu dem Griff 106 einstellbar. Das Dosiergerät 102 kann beispielsweise eine Medikamentenabgabeeinrichtung, wie ein Insulinpen sein. Über den Dosierknopf 104 kann die abzugebende Menge beziehungsweise Einzeldosis des Medikaments beziehungsweise Insulins eingestellt werden.
-
Beispielsweise ist der Dosierknopf 104 mit einem Gewinde innerhalb des Griffs 106 gekoppelt, über das durch Drehen des Dosierknopfs 104 ein Hub eines Kolbens voreingestellt wird. Der Hub bestimmt die Fluidmenge. Der Hub kann durch ein axiales Drücken auf den Dosierknopf ausgelöst werden, um das Fluid zu dosieren.
-
Die Erfassungseinrichtung 100 ist dazu ausgebildet, einen die Dosis repräsentierenden Wert zu erfassen. Dazu weist die Erfassungseinrichtung 100 einen mit dem Dosierknopf 104 gekoppelten Drehwinkelsensor 108 und eine Auswerteeinrichtung 110 auf. Der Drehwinkelsensor 108 stellt ein den Drehwinkel abbildendes Drehwinkelsignal 112 bereit. Die Auswerteeinrichtung 110 bestimmt den Wert 114 der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals 112.
-
Der Drehwinkelsensor 108 weist eine Spuleneinheit 116 und eine elektrisch leitende Störflächeneinheit 118 auf. Die Spuleneinheit 116 ist hier mit dem Griff 106 verbunden. Die Störflächeneinheit 118 ist relativ dazu beabstandet angeordnet und mit dem Dosierknopf 104 verbunden. Die Störflächeneinheit 118 dreht sich mit dem Dosierknopf 104 relativ zu der Spuleneinheit 116. Die Spuleneinheit 116 und die Störflächeneinheit 118 sind quer zu einer Drehachse des Dosierknopfs 104 ausgerichtet. Die Spuleneinheit 116 weist eine Sendespule, eine erste Empfangsspule und zumindest eine zweite Empfangsspule auf.
-
Die Sendespule der Spuleneinheit 116 ist mit einer Sensorelektronikeinheit 120 verbunden und wird von dieser mit Wechselspannung 122 beaufschlagt. Dadurch wird an der Sendespule ein elektromagnetisches Wechselfeld 124 aufgebaut. Das Wechselfeld 124 koppelt in die Empfangsspulen ein und resultiert dort in einem elektrischen Signal 126. Diese variiert in Abhängigkeit von einer Relativposition der Störflächeneinheit 118 zu der Spuleneinheit 116. Die Relativposition ist abhängig von dem Drehwinkel. Da eine Geometrie der Spuleneinheit 116 und der Störflächeneinheit 118 bekannt ist, kann die Sensorelektronikeinheit 120 das Drehwinkelsignal 112 unter Verwendung eines Zusammenhangs zwischen der Resonanzfrequenz und dem Drehwinkel bereitstellen.
-
Die Auswerteeinrichtung 110 liest das Drehwinkelsignal 112 ein und stellt den Wert 114 der Dosis unter Verwendung eines Zusammenhangs zwischen dem Hub des Kolbens und dem Drehwinkel des Dosierknopfs 104 bereit.
-
Der Mangel an körpereigenem Insulin bei einer Diabetes-mellitus-Erkrankung kann durch Injektion eines Insulinpräparates therapiert werden. Die Injektion kann durch Einwegspritzen, permanent vorhandene Insulinpumpen sowie Einweg- und Mehrwegpens ausgeführt werden. Ein Injektionspen 102 kann einem sehr dicken Kugelschreiber ähneln und wird mit Insulinkarpulen bestückt. Eine Karpule ist eine Zylinderampulle, die auf einer Seite eine durchstechbare Membran aufweist. Die andere Seite ist mit einem verschiebbaren Stopfen verschlossen.
-
Mit einem Dosisknopf 104 wird die benötigte Insulinmenge durch Drehen eingestellt. Dabei kann der Dosisknopf 104 neben der Drehbewegung auch eine Translationsbewegung ausführen. Je größer der eingestellte Drehwinkel ist, desto weiter wird der Dosisknopf 104 über ein Gewinde aus dem Gehäuse 106 herausgedreht. Der Abstand zwischen Dosisknopf 104 und Gehäuse 106 entspricht dann der Weglänge, um die die Insulinpatrone beim Druck auf den Dosisknopf 104 entleert wird. Die Weglänge kann mit einem Übersetzungsfaktor skaliert sein. Dazu drückt ein Stempel auf die Patrone beziehungsweise Karpule. Dieser Stempel ist am Ende einer weiteren Gewindestange angeordnet, die sich über eine Arretiermechanik nur in eine Richtung drehen lässt. Durch eine weitere Mechanikkomponente beziehungsweise einen Mitnehmer wird sichergestellt, dass der Dosisknopf 104 maximal so weit herausgedreht werden kann, wie der verbleibende Füllstand in der Ampulle ist.
-
Der Dosisknopf 104 kann auch nur eine Drehbewegung ausführen. Ebenso kann der Dosisknopf 104 drehbar ausgeführt sein, wobei sein Abstand zum Gehäuse 106 nicht verändert wird. Durch die Drehung wird beispielsweise eine Feder gespannt, deren potenzielle Energie durch eine Mechanik bei der Injektion in eine Translationsbewegung des Stempels überführt wird.
-
Bei dem hier vorgestellten Insulinpen 102 wird die letzte Insulindosis mit entsprechendem Injektionszeitpunkt kontinuierlich erfasst.
-
Durch den hier vorgestellten Ansatz wird ein Injektionsgerät 102, insbesondere ein Insulinpen 102 bereitgestellt, welcher eine integrierte Dosissensorik 100 auf Basis eines Drehwinkelsensors 108 mit gekoppelten Spulen enthält. Über den der Drehwinkel des Dosisrads 104 beziehungsweise Dosisknopfs 104 kann damit die injizierte Insulinmenge bestimmt werden. Das Injektionsgerät 102 umfasst neben dem Drehwinkelsensor 108 einen Mikrocontroller 110 zur Messdatenerfassung. Weiterhin kann das Injektionsgerät 102 Elektronikkomponenten zur Kommunikation mit externen Geräten, wie beispielsweise einem Smartphone aufweisen.
-
Ein Aspekt des hier vorgestellten Ansatzes ist beispielsweise die Schaffung einer Sensoranordnung 100 zur Erfassung der aktuell injizierten Insulinmenge als Dosis in Form eines Drehwinkelsensors 108 auf Basis gekoppelter Spulen, der die Position des Dosisknopfs 104 bestimmt, über die sich auf die Dosis zurückschließen lässt. Der Wert 114 wird gespeichert und auf einem integrierten Display angezeigt und/oder auf ein externes Gerät übertragen.
-
Dadurch ergibt sich eine Erhöhung der Nutzer-Sicherheit. Durch die automatische Erfassung der Insulinmenge ergibt sich ein verringerter Verwaltungsaufwand, da eine händische Protokollführung für den Arzt entfallen kann und stattdessen der automatisch erfasste Dosiswert 114 beispielsweise in einer Smartphone App elektronisch dokumentiert wird und elektronisch versendet werden kann. Die äußere Form des Insulinpens 102 kann im Wesentlichen gleich bleiben oder es sind nur geringfügige Veränderungen erforderlich. Da bereits vorhandene Komponenten verwendet werden können, ist die hier vorgeschlagene Lösung kostengünstig. Induktive Signale können präzise ausgewertet werden.
-
2 zeigt eine Darstellung eines Dosierknopfs 104 mit einer Erfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Sämtliche Elektronikkomponenten zur Erfassung der Koppelfaktoren, zum Berechnen der Dosis und zur Übermittlung der Daten sind auf einer Leiterplatte 200 innerhalb des Dosisknopfs 104 angeordnet. Weitere elektronische Komponenten auf der Leiterplatte 200 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
-
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elektronikkomponenten im Gehäuse angeordnet. Dabei ist jedoch eine größere Modifikation gegenüber dem herkömmlichen Design erforderlich.
-
Schematisch dargestellt ist die Leiterplatte 200, welche die Sendespule, die Empfangsspulen, die Resonanzkondensatoren zur Impedanzanpassung, eine Energieversorgung 202, beispielsweise eine Knopfzelle 202 sowie weitere Komponenten 204 trägt. Diese umfassen mindestens einen ASIC zur Messung der Koppelfaktoren zwischen den Spulen und zur Berechnung der Dosis sowie einen Baustein zur drahtlosen Übermittlung des Wertes, beispielsweise via Bluetooth oder NFC. Die Leiterplatte 200 ist in den Dosisknopf 104 integriert, welcher gegenüber einer feststehenden Baugruppe 206 des Insulinpens drehbar gelagert ist. Diese Baugruppe 206 trägt die Targetstrukturen 118.
-
Zusätzlich zur Messung der Drehung kann in einem Ausführungsbeispiel die Aktivierung des Insulinpens beziehungsweise das Einleiten der Injektion durch Drücken des Dosisknopfs 104 diskriminiert werden. Beispielsweise ist die Aktivierung durch Integration einer Feder 208 zwischen dem Dosisknopf 104 und der feststehenden Baugruppe 206 detektierbar. Durch eine Vorspannung von beispielsweise mit einem Newton realisiert die Feder 208 einen definierten Abstand zwischen den Sensorspulen auf der Leiterplatte 200 und den Targetelementen 118 auf der feststehenden Baugruppe 206. Durch Aufbringen einer Kraft in Längsrichtung kann die Vorspannung überwunden werden. Der Abstand zwischen Sensorspule und Target 118 wird entsprechend reduziert. Die Reduzierung des Abstands bewirkt eine Vergrößerung des Koppelfaktors und somit eine Erhöhung der Signalspannungen. Durch Berechnung der Amplitude via a = sin2 + cos2 kann auf den Abstand zwischen den Sensorspulen und dem Target 118 geschlossen werden.
-
In einem Ausführungsbeispiel wird die Aktivierung durch einen in den Knopf 104 integrierten Taster beziehungsweise Schalter erfasst.
-
Alternativ oder zusätzlich zur drahtlosen Übertragung kann der Wert der Dosis nach der Berechnung aus dem Drehwinkel auch auf einem Display 210 dargestellt werden. Dieses ist in einem Ausführungsbeispiel auf der oberen Seite des Dosisknopfs 104 angeordnet. Vorteilhaft wird hier beispielsweise ein E-Ink Display 210 eingesetzt, welches eine sehr energiearme dauerhafte Anzeige ermöglicht. Soll eine Anzeige direkt am Gerät möglich sein, kann die Elektronik eine Möglichkeit zur Erfassung der Zeit aufweisen. Diese kann beispielsweise Bestandteil des Mikrocontrollers sein und bei einem ersten Funkkontakt initialisiert werden.
-
3 zeigt eine Darstellung einer Spuleneinheit 116 und einer Störflächeneinheit 118 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Durch die hier vorgestellte Erfassungseinrichtung erfolgt eine Messung eines Drehwinkels zwischen der als ortsfest angenommen Sensor-Leiterplatte 116 und dem drehbar dazu angeordneten, beabstandeten Target 118. Eine kreisförmige Sendespule 300 auf der Sensor-Leiterplatte 116 wird mit einer Wechselspannung beaufschlagt, die eine Frequenz im Bereich einiger MHz, beispielsweise 5 MHz aufweist. Dadurch entsteht ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches in Empfangsspulen 302, 304 auf der Sensor-Leiterplatte 116 koppelt und dort entsprechende Wechselspannungen induziert. Durch entsprechende Formung des Targets 118 wird die Kopplung zwischen der Sendespule 300 und den Empfangsspulen 302, 304 drehwinkelabhängig beeinflusst. Der typische Wertebereich des Kopplungsfaktors liegt zwischen –0,3 und +0,3. Durch Demodulation des in den Empfangsspulen 302, 304 induzierten Signals mit dem Trägersignal, also dem Signal der Sendespule 300, kann auf Betrag und Phase der Kopplung geschlossen werden. Der Betrag variiert kontinuierlich mit dem Drehwinkel. Die Phasenlage beträgt idealerweise 0° oder 180°. Durch Multiplikation des Betrags mit dem Kosinus der Phase entsteht bei Verwendung von zwei Empfangsspulen 302, 304 mit 90° Phasenversatz bezogen auf den Messbereich im Idealfall ein offsetfreies Sinus/Cosinus-System. Bei Verwendung von drei Empfangsspulen mit typischerweise 120° elektrischem Phasenversatz bezogen auf den Messbereich entsteht ein dreiphasiges Sinussignal. Durch Anwendung der Clarke-Transformation kann das Sinussignal in ein Sinus/Cosinus-System überführt werden. Mithilfe der Arcus-Tangens-Funktion kann dann auf den Drehwinkel geschlossen werden.
-
Die Realisierung des Targets 118 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. In einem Ausführungsbeispiel ist die Störflächeneinheit 118 ein Stanzteil, welches elektrisch leitfähig ist und ein Kreissegment dargestellt. Dieses Kreissegment 118 kann weiterhin Aussparungen oder eine andere Außenkontur aufweisen. Der Öffnungswinkel des Kreissegmentes entspricht für ein maximales Signal dem halben Messbereich. Dargestellt ist ein Messbereich von 360°. Daher weist das Target 118 einen Öffnungswinkel von 180° auf.
-
Mit anderen Worten ist in 3 das Layout der Sensor-Leiterplatte 116 und eine Draufsicht auf das Target 118 dargestellt. Das Target 118 ist hier ein orthogonal zu der Drehachse des Dosisknopfs angeordneter elektrisch leitender Halbkreis, der beabstandet zu der Sensor-Leiterplatte 116 mit dem Dosisknopf über der Sensor-Leiterplatte 116 gedreht wird.
-
Die Sensorleiterplatte 116 weist ein Spulensystem, bestehend aus einer Sendespule 300 und zwei Empfangsspulen 302, 304 auf. In 4 sind die beiden Empfangsspulen 302, 304 einzeln dargestellt.
-
4 zeigt Darstellungen von Spulen 300, 302, 304 einer Spuleneinheit 116 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Layout für die Sensor-Leiterplatte 116 des hier vorgestellten Drehwinkelsensors, besteht aus einer Sendespule 300 und zwei Empfangsspulen 302, 304, die um 90° versetzt zueinander angeordnet sind und jeweils eine rechtslaufende und eine linkslaufende Teilwindung 400, 402 beinhalten.
-
Es sind Einzeldarstellungen der Sendespule 300 und der beiden Empfangsspulen 302, 304 des Ausführungsbeispiels eines Drehwinkelsensors in 3 dargestellt. Die Empfangsspulen 302, 304 weisen ein identisches Layout auf und sind um 90° zueinander gedreht positioniert.
-
5 zeigt eine Darstellung einer Spuleneinheit 116 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Innerhalb der Sendespule 300 befinden sich mindestens zwei Empfangsspulen 302, 304, welche eine identische Anzahl an n/2 rechtslaufenden und n/2 linkslaufenden Teilwindungen 400, 402 aufweisen. Dabei ist n die Anzahl der Teilwindungen 400, 402 der Empfangsspule 302, 304. n ist außerdem ein Vielfaches von zwei. Das führt dazu, dass sich ohne Target die durch die Sendespule 300 induzierten Teilspannungen in Summe kompensieren und als Ausgangssignal 0 V an allen Empfangsspulen 302, 304 ausgegeben wird. Diese Tatsache kann beispielsweise als Eigendiagnosefunktion verwendet werden, weil der Sensor so erkennen kann, dass das Target entweder fehlt oder zumindest eine elektrische Unterbrechung aufweist.
-
Die Anzahl an insgesamt vorhandenen n Teilwindungen 400, 402 legt sowohl die Periodizität des Sensors, also den Eindeutigkeitsbereich der Signale als auch das Target-Design fest. Es gilt: Per = 360° / n/2
-
Aus dieser Periodizität und der Anzahl m der Empfangsspulen 302, 304 ergibt sich nun die benötigte geometrische Verdrehung ξ der Empfangsspulen 302, 304 auf der Sensor-Leiterplatte 116 zueinander als ξ = Per / 2·m für m = 2 ξ = Per / m für m ≥ 2
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich aufgrund n = 2 Teilwindungen 400, 402 eine Periodizität von 360° und demnach für ein Zweiphasensystem, bei dem m = 2 gilt, eine geometrische Verdrehung der Empfangsspulen 302, 304 um 90°. Bei einem Dreiphasensystem ergibt sich hier entsprechend 120°.
-
6 zeigt eine Darstellung einer Spuleneinheit 116 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Diese Leiterplatte 116 weist eine Sendespule 300 und drei Empfangsspulen 302, 304, 600 auf, die um 120° versetzt zueinander angeordnet sind und jeweils eine rechtslaufende und eine linkslaufende Teilwindung beinhalten.
-
Bei einer dreiphasigen Anordnung kann durch Auswertung der Differenzen zwischen dem ersten Signal der ersten Empfangsspule 302 und dem zweiten Signal der zweiten Empfangsspule 304, dem zweiten Signal und dem dritten Signal der dritten Empfangsspule 600 sowie dem dritten Signal und dem ersten Signal, ein in jedem Fall vorhandener Offset kompensiert werden. Zusätzlich kann die Rückrechnung in den Drehwinkel besonders einfach und robust durchgeführt werden.
-
Die Empfangsspulen 302, 304, 600 können in mehreren Ebenen der Leiterplatte 116 realisiert sein, um die Amplitude des empfangenen Signals zu erhöhen. Typische Außenabmessungen der Sendespulen 300 sowie der Empfangsspulen 302, 304, 600 betragen zwischen Durchmesser D = 4 mm und D = 15 mm. Hier beträgt der Durchmesser 10 mm. Diese Abmessungen erlauben eine einfache Integration in Injektionspens.
-
7 zeigt eine Darstellung einer Störflächeneinheit 118 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Target 118 ist hier als Leiterplatte mit elektrisch aktiven Strukturen ausgeführt. Die elektromagnetische Welle der Sendespule der Sensor-Leiterplatte induziert auf dem Target 118 in einer Empfangsspule 700 eine Spannung. Diese führt in einer Leiterbahnstruktur, die hier als zwei oder mehr sichelförmigen (Target-)Sendespulen 702, 704 ausgeführt ist, zu einem Stromfluss, sodass erneut ein elektromagnetisches Feld zur Sensor-Leiterplatte zurückgesendet wird und dort in den Empfangsspulen wiederum Signale induziert werden, aus denen auf den Drehwinkel zurückgerechnet werden kann. Dabei weisen benachbarte Sichelsegmente einen entgegengesetzten Richtungssinn auf, wodurch der Strom einmal rechts und einmal links herum durch die Sichel 702, 704 fließt. Die Anzahl der Sicheln 702, 704 ist gerade.
-
Die sichelförmigen Spulen 702, 704 führen zu einem sinusförmigen und cosinusförmigen Signal in den Empfangsspulen auf der Sensor-Leiterplatte, aus dem über den Arcustangens auf den Drehwinkel und damit die Dosis zurückgerechnet werden kann.
-
Auch bei einem Target 118 mit elektrisch aktiven Strukturen kann ein dreiphasiges Empfangsspulensystem auf der Sensor-Leiterplatte verwendet werden. Das Target 118 kann identisch bleiben.
-
8 zeigt eine Darstellung einer Störflächeneinheit 118 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Statt einer sichelförmigen Sendespule auf dem Target 118 können andere Formen verwendet werden. Außerdem können elektronische Komponenten 800, wie ein Kondensator 800 oder andere passive und aktive Bauteile vorhanden sein, wie ein Frequenzrichter.
-
9 zeigt eine Darstellung von Signalverläufen 900, 902 an einem Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Signalverläufe 900, 902 repräsentieren elektrische Spannungen, die an einem Drehwinkelsensor mit zwei um 90 Grad zueinander verdreht angeordneten Spulen gemäß dem hier vorgestellten Ansatz während einer ganzen Umdrehung der Störflächeneinheit erfassbar sind. Die Signalverläufe 900, 902 sind in einem Diagramm dargestellt, das auf seiner Abszisse einen Drehwinkel 904 in Grad von null Grad bis 360 Grad und auf seiner Ordinate die Spannung in Volt von –0,02 Volt bis 0,01 Volt angetragen hat. Die Signalverläufe 900, 902 weisen jeweils eine Sinusform und einen Phasenversatz von 90 Grad zueinander auf. Dabei weisen die Signalverläufe 900, 902 jeweils einen geringfügigen Offset hin zu negativen Spannungen auf.
-
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Betreiben einer Erfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1000 kann zum Erfassen einer Dosis eines Dosiergeräts auf einer Auswerteeinrichtung, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt ist, ausgeführt werden. Das Verfahren 1000 weist einen Schritt 1002 des Einlesens und einen Schritt 1004 des Bestimmens auf. Im Schritt 1002 des Einlesens wird ein Drehwinkelsignal eines mit einem drehbaren Dosierknopf des Dosiergeräts gekoppelten Drehwinkelsensors der Erfassungseinrichtung eingelesen. Dabei bildet das Drehwinkelsignal einen die Dosis repräsentierenden Drehwinkel des Dosierknopfs ab. Im Schritt 1004 des Bestimmens wird ein Wert der Dosis unter Verwendung des Drehwinkelsignals bestimmt.
-
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-