DE10108958A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Fertigstellung einer Spritze für medizinische Zwecke - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Fertigung einer einen Spritzenkörper aus Glas und eine Kanüle aufweisenden Spritze für medizinische Zwecke vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung (3) mit einem Laserresonator (5) zur Erzeugung eines Laserstrahls (9), eine Strahlformungs- und/oder -lenkeinrichtung (7) und durch eine Aufnahmeeinrichtung (17) zur Halterung und Positionierung des Spritzenkörpers (13).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ferti­ gung einer Spritze für medizinische Zwecke gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Fertigung einer Spritze für medizinische Zwecke ge­ mäß Oberbegriff des Anspruchs 12.

Vorrichtungen und Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen dazu, die Kanüle mit dem Grundkörper von Spritzen fest zu verbinden. Auf diese Weise erzeugte Fertigspritzen bilden den Großteil der für die parenterale Applikation von Injektabilia eingesetzten Primärpackmittel. Sie weisen einen hier als Spritzenkörper bezeichneten Glaszylinder auf, der auf der einen Seite zu einem die Kanüle aufnehmenden Konus und auf der anderen Seite zu einem Spezialrollrand ausgerollt wird.

In die den Konus aufweisende Öffnung des Glaszylin­ ders wird eine Kanüle, die vorzugsweise aus Edel­ stahl besteht, mit einem UV-sensiblen Kleber fest eingeklebt. Über die Kanüle wird in der Regel eine Kanülenschutzkappe gesteckt, die aus einem Elasto­ mer, vorzugsweise aus latexfreiem Naturkautschuk besteht. Die Kanülenschutzkappe wird beim Aufsetzen dabei auf dem Glaskonus fest aufgeklemmt. Die Fül­ lung des Spritzenzylinders erfolgt von dem der Ka­ nüle gegenüberliegenden Ende her, das anschließend durch einen Kolbenstopfen verschlossen wird, der vorzugsweise mit einem Gewinde versehen ist. Mit­ tels des hinteren Rollrands des Glaszylinders wird eine Fingerauflage aus Kunststoff am Glaszylinder befestigt.

Die Verklebung der Kanüle mit dem Glaszylinder bringt einige signifikante Nachteile mit sich: Ge­ legentlich kommt es vor, dass die Verklebung des­ halb unzureichend ist, wie zu wenig Klebstoff in den Fügespalt zwischen dem Konus und der Kanüle eingebracht wird. Dies führt dazu, dass die Kanüle nach dem Aushärten des Klebers nicht ausreichend fixiert ist und aus dem Konus wieder herausgezogen werden kann. Es kommt auch vor, dass zu viel Kleb­ stoff in den Fügespalt eingebracht wird. Dies hat zur Folge, dass der überschüssige Klebstoff im Fü­ gespalt herabläuft und schließlich in das proximale Ende des Kanälenlumens einfließt. Dies kann zu ei­ nem gänzlichen Verschluss der Kanüle führen. Die Undurchgängigkeit der Kanüle wird häufig erst be­ merkt, wenn versucht wird, das Füllgut der Spritze zu injizieren.

Spritzen werden in der Regel einem Autoklavie­ rungsprozess unterworfen, das heißt einem Dampfste­ rilisationsverfahren, um etwaige Keime abzutöten. Dieser Prozess läuft in einem Autoklav abhängig von dem in den Spritzenzylinder eingebrachten Produkt ca. 20 bis 60 Minuten lang bei einer Temperatur von 121°C und einem im Autoklav herrschenden Druck von 1,10 bar ab.

Eine hundertprozentige Pyrogenfreiheit des Sprit­ zensystems ist jedoch nur dann erreichbar, wenn die Fertigspritze einer Einbrennsilikonisierung unter­ worfen wird. Dazu wird die Innenfläche des Sprit­ zenkörpers mit Silikon versehen und die Spritze durch einen Heißlufttunnel geführt, der beispiels­ weise bei einer Temperatur von ca. 340°C betrieben wird. Dieser Verfahrensschritt ist jedoch mit übli­ chen UV-aushärtenden pharmazeutisch zugelassenen Klebern nicht durchführbar, da diese nur bis zu ei­ ner Temperatur von maximal ca. 150°C hitzebeständig sind. Bei einer höheren Temperatur verlieren Sie die nach der Aushärtung erworbene Festigkeit.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrich­ tung und ein Verfahren zur Fertigung einer Spritze für medizinische Zwecke zu schaffen, mit deren Hil­ fe Spritzen herstellbar sind, die einer Einbrennsi­ likonisierung unterworfen werden können, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der Befestigung zwi­ schen Kanüle und dem Spritzenkörper aus Glas kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Sie zeichnet sich durch eine La­ serstrahlungsquelle aus, die der Erzeugung eines Laserstrahls dient. Sie umfasst außerdem eine Strahlformungs- und/oder -lenkeinrichtung. Diese dient dazu, den Laserstrahl auf die Fügezone zwi­ schen Spritzenkörper und Kanüle zu richten und ge­ gebenenfalls dazu, die Strahlgeometrie an einen ge­ wünschten Schmelzvorgang anzupassen. Schließlich umfasst die Vorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung zur Halterung und Positionierung des Spritzenkör­ pers.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übri­ gen Unteransprüchen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird außerdem ein Verfah­ ren der eingangs genannten Art geschaffen, das die in Anspruch 12 genannten Schritte umfasst und sich dadurch auszeichnet, dass die Fügezone zwischen ei­ nem Spritzenkörper und einer Kanüle mit einem La­ serstrahl beaufschlagt wird, dass das Material des Spritzenkörpers in diesem Bereich zumindest teil­ weise geschmolzen wird und dass dieses Material zur Verfestigung der Fügezone und zur Fixierung der Ka­ nüle im Spritzenkörper abgekühlt wird.

Weitere Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Fertigung einer Spritze für medizinische Zwecke mit einer stationär angeordneten Spritze und einem bewegten Laserstrahl;

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Fertigung einer Spritze für medizinische Zwecke mit einer stationär angeordneten Spritze und einem feststehenden Laserstrahl;

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Fertigung einer Spritze für medizinische Zwecke mit einer rotierenden Spritze und einem feststehen­ den Laserstrahl;

Fig. 4 ein Diagramm, aus dem der prinzipielle Temperaturverlauf während der Fertigung einer Spritze über der Zeit dargestellt ist;

Fig. 5 eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der Bewegungsbahn des Laserstrahls bei der Fertigung einer Spritze für medizinische Zwecke;

Fig. 6 eine Vorrichtung zur Fertigung einer Spritze für medizinische Zwecke mit einer stationär angeordneten Spritze und einem stationären Laserstrahl;

Fig. 7 eine weitere Vorrichtung zur Fertigung einer Spritze für medizinische Zwecke mit einer stationären Spritze und einem fest­ stehenden Laserstrahl; und

Fig. 8 eine Darstellung der stationären Erwär­ mung mit ringförmiger Verteilung des La­ serstrahls.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Fertigung einer Spritze für medizi­ nische Zwecke. Die Vorrichtung 1 umfasst eine La­ serstrahlerzeugungseinrichtung 3, deren Grundaufbau grundsätzlich bekannt ist und die einen Laserreso­ nator mit einer entsprechenden Versorgungseinheit aufweist. Im Folgenden wird die Einrichtung kurz mit Laserresonator 5 bezeichnet. Die Vorrichtung 1 weist außerdem eine Strahllenkeinrichtung 7 mit Spiegeln 8a und 8b auf, die dazu dient, den von dem Laserresonator 5 erzeugten Laserstrahl 9 letztlich auf eine Spritze 11 zu richten, die einen Spritzen­ körper 13 und eine Kanüle 15 umfasst. Die Spritze 11 wird von einer geeigneten Aufnahmeeinrichtung 17 gehalten, die eine Positioniereinrichtung 19 und eine Aufnahmedorn 21 zur Halterung des Spritzenkör­ pers 13 umfasst.

Die Strahllenkeinrichtung 7 umfasst eine Scanner­ einrichtung 23 mit zwei beweglichen Spiegeln. Ein erster Scannerspiegel 25 ist um eine erste Drehach­ se 27 drehbar, was durch einen Pfeil 29 angedeutet ist. Ein zweiter Scannerspiegel 31 der Scannerein­ richtung ist um 45° gegenüber dem ersten Scanner­ spiegel 25 geneigt angeordnet und, wie durch einen Pfeil 33 angedeutet, um eine zweite Drehachse 35 schwenkbar. Die Drehachsen 27 und 35 sind mit ge­ eigneten, hier nicht dargestellten Ansteuereinrich­ tungen verbunden, die eine gezielte Schwenkbewegung der Scannerspiegel 25 und 31 bewirken. Der erste Scannerspiegel 25 dient beispielsweise dazu den La­ serstrahl 9 in einer ersten Richtung, beispielswei­ se x-Richtung zu bewegen, während der zweite Scan­ nerspiegel 31 dazu dient, den Laserstrahl 9 in ei­ ner zweiten Richtung, beispielsweise der y-Rich­ tung, zu bewegen, also senkrecht zur ersten Rich­ tung.

In Richtung des von dem Laserresonator 5 ausgehen­ den Laserstrahls 9 gesehen, ist der Scannereinrich­ tung 23 eine Fokussiereinheit 37 nachgeordnet, die dazu dient, den Laserstrahl 9 auf die Fügezone zwi­ schen der Kanüle 15 und dem Spritzenkörper 13 zu fokussieren. Durch einen Pfeil 39 ist angedeutet, dass die x-y-Bewegung des Laserstrahls 9 so von der Scannereinrichtung 23 bewirkt wird, dass der Laser­ strahl 9 hier einer Kreisbahn folgt, um die Fügezo­ ne 41 zu überstreichen. Die Scannereinrichtung 23 ist so ausgebildet, dass der Laserstrahl 9 einer beliebigen Kontur folgen kann.

Die Positioniereinrichtung 19 der Aufnahmeeinrich­ tung 17 ist hier so ausgebildet, dass die Spritze 11 fest in einer gewünschten Position gehalten wird, damit die Fügezone 41 von dem Laserstrahl 9 in gewünschter Weise beaufschlagt werden kann, wo­ bei die Strahlbewegung durch die Scannereinrichtung 23 bewirkt wird und der Laserstrahl 9 mittels der Fokussiereinheit 37 auf die Fügezone 41 fokussiert wird. Dabei kann mit Hilfe der Fokussiereinrichtung 37 die Fokusfläche beeinflusst werden, also quasi der von dem Laserstrahl 9 im Bereich der Fügezone 41 bewirkte Lichtpunkt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 umfasst die Fokussiereinheit 37 eine Planfeldlinse. Die Fokus­ siereinheit 37 ist damit auf einfache, kostengüns­ tige Weise realisierbar.

Es ist grundsätzlich auch möglich, die Aufnahmeein­ richtung 17 so auszubilden, dass der Aufnahmedorn 21 in Rotation versetzt wird, so dass sich auch die Spritze 11 dreht. Diese Rotationsbewegung kann zu­ sätzlich zu der von der Scannereinrichtung 23 be­ wirkten Bewegung des Laserstrahls 9 erwünscht sein. Denkbar ist es auch, die Scannereinrichtung 23 so einzustellen, dass der Laserstrahl 9 in einem Punkt beziehungsweise einer Fläche der Fügezone 41 fokus­ siert wird und dass dann die Spritze 11 in Rotation versetzt wird, um den Laserstrahl 9 letztlich auf die gesamte Fügezone 41 zu richten. Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung 1 wird jedoch davon ausgegangen, dass die Spritze 11 still steht und der Laserstrahl 9 mit Hilfe der Scannereinrichtung 23 im Bereich der Fügezone 41 eine Bewegung aus­ führt.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Fertigung ei­ ner Spritze für medizinische Zwecke in abgewandel­ ter Form. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugs­ ziffern versehen, so dass auf die Beschreibung oben zu Fig. 1 verwiesen wird.

Die Vorrichtung 1 umfasst wiederum eine Laserstrah­ lerzeugungseinrichtung 3 mit den üblichen Elemen­ ten. Sie wird im Folgenden kurz als Laserresonator 5 bezeichnet. Dieser gibt über eine Strahllenkein­ richtung 7 einen Laserstrahl 9 ab, der auf die Spritze 11 gerichtet wird, insbesondere auf die Fo­ kussierzone 41. Die Spritze 11 umfasst auch hier einen Spritzenkörper 13 und eine Kanüle 15. Sie wird von einer Aufnahmeeinrichtung 17 mit einer Po­ sitioniereinrichtung 19 und einem Aufnahmedorn 21 gehalten.

Die Strahllenkeinrichtung 7 weist außer den beiden bereits in Fig. 1 dargestellten Spiegeln 8a und 8b einen Spiegel 8c auf. Die ersten beiden Spiegel 8a und 8b dienen dazu, den aus dem Laserresonator 5 austretenden Strahl jeweils um 90° so abzulenken, dass er horizontal von links auf den dritten Spie­ gel 8c trifft und dort um 90° abgelenkt wird, um auf die Spritze 11 beziehungsweise die Fügezone 41 aufzutreffen.

Zwischen dem dritten Spiegel 8c und der Fügezone 41 ist ein Bearbeitungskopf 43 vorgesehen, der eine Fokussiereinheit 37 umfasst und dazu dient, den La­ serstrahl 9 auf die Fügezone 41 zu fokussieren.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Bearbeitungskopf 43 so ausgebildet, dass der Laserstrahl 9 nicht mit einer zusätzlichen Bewegung beaufschlagt wird, wie dies bei der Scannereinrich­ tung 23 gemäß Fig. 1 der Fall ist. Es ist daher bei der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2 vorgesehen, dass die Aufnahmeeinrichtung 17 so ausgebildet ist, dass der Aufnahmedorn 21 in Rotation versetzt wird. Der auf die Spritze 11 gerichtete, unbewegliche La­ serstahl 9 überstreicht damit letztlich die gesamte Fügezone 41, wobei die Größe des von dem Laser­ strahl 9 bewirkten Laserfokus' beziehungsweise La­ serpunktes durch die Fokussiereinheit 37 beein­ flussbar ist.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ei­ ner Vorrichtung 1. Gleiche Teile sind wiederum mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwie­ sen wird.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine Lasererzeugungsein­ richtung 3 mit einem Laserresonator 5, der einen Laserstrahl 9 abgibt, der auf eine Strahllenkein­ richtung 7 fällt und auf eine Fügezone 41 gerichtet wird. Eine Aufnahmeeinrichtung 17 hält eine Spritze 11 mit einem Spritzenkörper 13 und einer Kanüle 15. Die Aufnahmeeinrichtung 17 umfasst eine Positio­ niereinrichtung 19 mit einem Aufnahmedorn 21, der die Spritze 11 hält. Die gesamte Aufnahmeeinrich­ tung 17 ist um eine Schwenkachse 45 schwenkbar ge­ lagert, was durch einen Pfeil 47 angedeutet ist.

Während bei den vorangegangenen Ausführungsbeispie­ len der Laserstrahl 9 von vorne auf die Fügestelle 41 gerichtet wurde, fällt bei dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 3 der Laserstrahl 9 seitlich auf die Spritze 11 beziehungsweise deren Fügezone 41.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 3 ist die Aufnahme­ einrichtung 17 so angeordnet, dass die Spritze 11 horizontal gehalten wird, was auch als 0°-Position bezeichnet wird.

Die Strahllenkeinrichtung 7 ist hier wie auch bei den in den vorhergehenden Figuren dargestellten Vorrichtungen 1 so ausgebildet, dass der Laser­ strahl 9 auf die Fügezone 41 fokussiert wird und dass überdies die Form des Laserfokus' im Bereich der Fügezone veränderbar ist. Es ist also möglich, hier im Bereich der Fügezone einen runden oder ova­ len Laserfleck zu erzeugen. Der Laserstrahl 9 wird bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbei­ spiel der Vorrichtung 1 nicht bewegt. Dafür wird die Spritze 11 mit einer vorgegebenen, gewünschten Rotationsgeschwindigkeit gedreht, um die Fügezone 41 gleichmäßig mit dem Laserstrahl zu beaufschla­ gen.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 kann die Spritze 11 mehr oder weniger aus der horizontalen Lage ver­ schwenkt werden, so dass die Fügezone 41 mehr oder weniger weit von vorne mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird. Schließlich ist es auch hier möglich, die Aufnahmeeinrichtung 17 um die Schwenkachse 45 so zu verschwenken, dass die Spritze 11 senkrecht nach oben weist, wie dies bei den Ausführungsbei­ spielen gemäß den Fig. 1 und 2 der Fall ist. Da­ mit kann also bei entsprechender Positionierung der Strahllenkeinrichtung 7 und der Aufnahmeeinrichtung 17 die Fügezone 41 auch von oben beziehungsweise von vorne mit dem Laserstrahl beaufschlagt werden. Es ist also möglich, die Aufnahmeeinrichtung 17, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, anstelle der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Aufnahmeeinrich­ tungen einzusetzen. Dabei kann sowohl ein festste­ hender als auch ein bewegter Laserstrahl verwendet werden.

Die Anzahl der im Zusammenhang mit der Strahllenk­ einrichtung 7 verwendeten Spiegel hängt davon ab, wie der Laserstrahl 9 umgelenkt werden soll und da­ von, wie der Laserresonator 5 gegenüber der Spritze 11 ausgerichtet ist. Es ist also möglich, den La­ serresonator 5 so anzuordnen, dass er quasi die Fü­ gezone 41 direkt mit dem Laserstrahl beaufschlagt. Es könnte dann unmittelbar die Scannereinrichtung 23 oder der Bearbeitungskopf 43 in den Laserstrahl eingebracht werden.

Im Folgenden wird auf die Funktion der Vorrichtung und auf das Verfahren zur Fertigung einer Spritze für medizinische Zwecke näher eingegangen:
Die Vorrichtung 1 dient dazu, die Fügezone 41 mit Laserstrahlung zu beaufschlagen, um das Material des Spritzenkörpers 13 anzuschmelzen, damit sich dieses während der Materialverfestigung dauerhaft mit der Kanüle 15 verbindet. In der Regel wird für die hier angesprochenen Spritzen 11 ein Spritzen­ körper 13 aus Glas verwendet. Daher wird aufgrund der gegebenen Absorptionseigenschaften ein CO₂- Laser verwendet.

Die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 3 ist so aus­ gelegt, dass die Energie des Laserstrahls zeitlich steuerbar ist.

Bei der Fertigung einer Spritze 11 muss das Materi­ al des Spritzenkörpers 13 lokal begrenzt aufge­ schmolzen werden, nämlich in der Fügezone 41. Dabei wird zunächst bei einem relativ geringen Leistungs­ wert das Material im Bereich der Fügezone 41 lang­ sam erwärmt. Nach dieser Vorwärmphase erfolgt der eigentliche Verbindungsprozess zwischen Spritzen­ körper 13 und Kanüle 15. Das Material des Spritzen­ körpers 13 wird im Bereich der Fügezone so aufge­ schmolzen, dass es in den Fügespalt zwischen Sprit­ zenkörper und Kanüle hineinläuft und die Kanüle vollständig umschließt.

Bei der Abkühlung des Materials des Spritzenkörpers 13 können Spannungen auftreten, die später einen Bruch zur Folge haben. Daher wird die Leistung der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 3 vorzugsweise so gesteuert, dass die Fügezone 41 noch über einen ge­ wissen Zeitraum weiter erwärmt wird. Die Temperatur während dieser Nachwärmphase ist deutlich geringer als während des Verbindungsprozesses und vorzugs­ weise auch niedriger als während der Vorwärmphase.

Die hier beschriebenen Vorrichtungen 1 sind so aus­ gelegt, dass während des Verfahrens zur Fertigung der Spritze die Laserleistung, die Geometrie des Laserstrahls und die Fokusgröße und -lage einge­ stellt werden können. Bei den Vorrichtungen 1, die anhand der Fig. 1 und 2 erläutert wurden, kann die Fokussiereinheit 37 so ausgelegt werden, dass auch hier die Geometrie des Laserstrahls 9, also der Strahldurchmesser und/oder die Form des in der Fügezone 41 gegebenen Laserpunkts, variabel sind.

Die Materialerwärmung und das Schmelzvolumen können einerseits durch die Leistungssteuerung innerhalb der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 3 aber auch andererseits dadurch beeinflusst werden, dass der Laserstrahl mehr oder weniger schnell über die Fü­ gezone 41 geführt wird. Die Geschwindigkeit kann durch die Rotationsgeschwindigkeit der Spritze 11 aber auch mit Hilfe der Scannereinrichtung 23 durch die Bewegung des Laserstrahls 9 an die gegebenen Verhältnisse angepasst werden.

Die Scannereinrichtung 23 kann so ausgelegt werden, dass auch bei feststehender Spritze 11 verschiedene Bereiche der Fügezone 41 in gewünschter Zeitfolge mit dem Laserstrahl 9 beaufschlagt werden.

Die Vorrichtung 1 und das Verfahren können so abge­ stimmt werden, dass im Bereich der Fügezone 41 ein gewünschtes Temperatur/Zeit-Profil eingestellt wird. Es ist überdies möglich, den Spritzenkörper 13 auch in benachbarten Bereichen zu erwärmen, um Materialspannungen abzubauen.

Die in der Fügezone 41 gegebene Temperatur kann mit Hilfe einer Temperaturerfassungseinheit erfasst und ausgewertet werden, um die Laserstrahlerzeugungs­ einrichtung 3 entsprechend anzusteuern und um die gewünschte Temperatur beziehungsweise das gewünsch­ te Temperaturprofil einzustellen. Als Temperaturer­ fassungseinheit können Thermokameras und/oder Pyro­ meter aber auch sonstige Temperaturerfassungsein­ richtungen eingesetzt werden.

Um eine Oxidation der aus Metall bestehenden Kanüle 15 zu verhindern, findet das Verfahren zumindest partiell oder ganz unter Schutzgasatmosphäre statt.

Schließlich können bei der Fertigung der Spritze 11 auch als Verbindungsmedium dienende Zusatzmateria­ lien insbesondere Glaslot in die Fügezone 41 einge­ bracht werden, einerseits um auch größere Fügespal­ ten zu verschließen und andererseits, um eine span­ nungsarme Verbindung zwischen der Kanüle 15 und dem Spritzenkörper 13 zu gewährleisten, die sehr unter­ schiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Wesentlich ist, dass das hier beschriebene Verfah­ ren eine berührungslose Fertigung der Spritze er­ möglicht, ohne dass es eines Klebers bedürfte. Wenn in der Fügezone 41 nur Glas und Metall vorhanden sind, ist es ohne weiteres möglich, die fertige Spritze 11 einer Einbrennsilikonisierung zu unter­ werfen und in einen Heißlufttunnel einzubringen, der auch Temperaturen im Bereich von 340°C auf­ weist.

Die Verbindung zwischen Spritzenkörper 13 und Kanü­ le 15 kann bei entsprechender Energie des Laser­ strahls 9 sehr rasch erfolgen. Der einfache Aufbau der in den Figuren beschriebenen Vorrichtungen 1 erlaubt es auch, die Fertigung der Spritze zu auto­ matisieren und diese in kurzen Taktzeiten rationell herzustellen.

Die Verbindung zwischen Spritzenkörper 13 und Kanü­ le 15 zeichnet sich dadurch aus, dass sie sehr fest ist und damit einen sicheren Gebrauch der Spritze 11 gewährleistet. Sie zeichnet sich über dies durch eine uneingeschränkte, gleichbleibende Alterungsbe­ ständigkeit aus. Schließlich zeigt das Verfahren eine ausgesprochen geringe Ausschussrate.

Anhand von Fig. 4 ist die Durchführung des Verfah­ rens noch einmal prinzipiell dargestellt: Die Figur zeigt die in der Fügezone 41 gegebene Temperatur T über der Zeit t. Es zeigt sich, dass die Fügezone 41 zunächst vorgewärmt wird. Über einen gewissen Zeitraum wird eine Vorwärmtemperatur eingehalten. Dann wird in einem zweiten Zeitraum durch entspre­ chende Ansteuerung der Laserstrahlerzeugungsein­ richtung 3 eine höhere Temperatur im Bereich der Fügezone 41 eingestellt, um die eigentliche Verbin­ dung zwischen Spritzenkörper 13 und Kanüle 15 zu gewährleisten. Anschließend lässt man die Fügezone 41 abkühlen. Sie wird dann auf einer Temperatur un­ terhalb der Schmelztemperatur gehalten, um Spannun­ gen abzubauen. Die Nachwärmphase kann deutlich län­ ger sein als die Vorwärm- und Verbindungsphase; da­ bei kann die Nachwärmtemperatur auch unterhalb der Vorwärmtemperatur liegen.

Im Folgende sollen noch einige Zahlenwerte zu dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm wiedergegeben werden. Die Vorwärmtemperatur T1 liegt unterhalb der Transformationstemperatur TG des jeweils ver­ wendeten Glases. Sie liegt vorzugsweise 50 bis 100 K unterhalb von TG. Die zum Schmelzen und für den Fügeprozess erforderliche Temperatur T2 liegt ober­ halb der Transformationstemperatur TG, vorzugsweise circa 50 bis 100 K oberhalb dieser Temperatur.

Die in der Nachwärmphase gewählte Nachwärmtempera­ tur T3 liegt etwa in einem Bereich von 150 bis 300 K unterhalb der Transformationstemperatur TG.

Die Temperatur T1 wird beispielsweise für einen Zeitbereich von circa zwei bis drei Sekunden auf­ rechterhalten, die während der eigentlichen Verbin­ dung zwischen Spritzenkörper 13 und Kanüle 15 ge­ wählte Temperatur T2 wird für etwa ein bis zwei Se­ kunden aufrechterhalten und die Nachwärmtemperatur T3 etwa für drei bis fünf Sekunden. Danach kann ei­ ne mehr oder weniger gezielte Abkühlung der Fügezo­ ne 41 erfolgen. Die Transformationstemperatur TG liegt, je nach verwendetem Glas, beispielsweise bei etwa 565°C.

Aus Fig. 4 wird also deutlich, dass die Temperatur im Bereich der Fügezone 41 gesteuert wird, dass al­ so die Höhe der Temperatur und die Einwirkungsdauer der Temperatur an die Materialien von Spritze und Kanüle angepasst wird.

Fig. 5 zeigt rein schematisch eine Spritze 11 von vorne, nämlich die Fügezone 41. Als äußerer Ring ist der Spritzenkörper 13 dargestellt und als inne­ rer Ring die Kanüle 15, deren Lumen hier nicht wie­ dergegeben ist. Durch eine Pfeil 49 ist die Bewe­ gungsbahn eines von dem Laserstrahl 9 gebildeten Lichtpunktes im Bereich der Fügezone 41 wiedergege­ ben. Es zeigt sich, dass der von dem Laserstrahl erzeugte Lichtpunkt entlang einer Kreisbahn geführt wird. Diese kann durch einen feststehenden Licht­ punkt bei rotierender Spritze 11 oder bei festste­ hender Spritze 11 mit Hilfe einer Scannereinrich­ tung 23 realisiert werden.

Aus Fig. 6 ist noch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 1 ersichtlich, die der Fertigung einer Spritze 11 für medizinische Zwecke dient. Teile, die anhand der vorangegangenen Figuren be­ reits beschrieben wurden, sind hier mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass auf die Beschrei­ bung oben verwiesen wird.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine Laserstrahlerzeu­ gungseinrichtung 3 mit einem Laserresonator 5, der einen Laserstrahl 9 abgibt. Dieser wird über eine Strahllenkeinrichtung 7 auf die Fügezone 41 zwi­ schen der Kanüle 15 und dem Spritzenkörper 13 der Spritze 11 gelenkt. Wesentlich ist hier, dass die Spritze 11 von einer Aufnahmeeinrichtung 17 gehal­ ten wird und zwar stationär.

Auch die Laserstrahleinrichtung 7 ist stationär ausgebildet. Sie weist einen feststehenden, konkav ausgebildeten Spiegel 8 auf, der den Laserstrahl 9 auf die Fügezone 41 fokussiert.

Es wurde oben bereits ausgeführt, dass bei der Fer­ tigung der Spritze 11 Schutzgas eingesetzt werden kann. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist daher, was auch bei den oben beschriebe­ nen Ausführungsbeispielen möglich ist, eine Kammer 51 vorgesehen, die durch rundum angeordnete Wände 53 und durch einen Boden 55 sowie durch einen De­ ckel 57 abgeschlossen wird. Der Deckel ist mit ei­ nem für den Laserstrahl 9 durchlässigen optischen Fenster 59 versehen, das den freien Zugang des La­ serstrahls 9 zur Fügezone 41 ermöglicht. Das Fens­ ter wird aus einem speziellen Glas hergestellt, das nicht absorbierend wirkt, beispielsweise können Quarzgläser verschiedener Art, insbesondere solche aus ZnESe verwendet werden.

In die Kammer 51 wird auf geeignete Weise Schutzgas eingeleitet. Hier sind beispielhaft zwei Zuleitun­ gen 61, 61' vorgesehen, die die Wände 53 durchbre­ chen und über die, wie durch Pfeile 63, 63' ange­ deutet, ein Schutzgas eingeleitet wird. Bei der Be­ aufschlagung der Fügezone 41 mit dem Laserstrahl 9 wird sichergestellt, dass das Schutzgas zumindest in diesem Bereich den Sauerstoff aus der Atmosphäre innerhalb der Kammer 51 verdrängt hat.

Grundsätzlich ist es möglich, die Aufnahmeeinrich­ tung 17 auch mit einem Antrieb zu versehen, um die Spritze 11 in Rotation zu versetzen. Besonders ein­ fach ist jedoch der Aufbau, wenn die Spritze, wie beschrieben, stationär angeordnet ist.

Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel ei­ ner Vorrichtung 1 zur Herstellung einer Spritze 11 weist ebenfalls eine Laserstrahlerzeugungseinrich­ tung mit einem Laserresonator 5 auf, die einen La­ serstrahl 9 über eine Strahllenkeinrichtung 7 auf eine Spritze 11 lenkt. Der Laserstrahl wird mittels eines Bearbeitungskopfes 43 auf die Fügezone 41 zwischen Kanüle 15 und Spritzenkörper 13 gelenkt. Der Bearbeitungskopf weist, wie der anhand von Fig. 2 erläuterte, eine Fokussiereinheit 37 auf, die zumindest eine Linse umfasst. Der Bearbeitungskopf ist hier jedoch noch mit Zuleitungen 61, 61' verse­ hen, über die ein Schutzgas, wie durch Pfeile 63, 63', 65, 65', dargestellt, auf die Fügezone 41 ge­ leitet wird. Beim Beaufschlagen der Fügezone 41 mit Wärme wird hier vorhandener Sauerstoff durch das Schutzgas so verdrängt, dass eine Oxidation insbe­ sondere der aus Metall bestehenden Kanüle 15 ver­ mieden wird.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist der Pfad des Laserstrahle gegenüber dem anhand von Fig. 2 erläuterten vereinfacht. Es be­ darf hier nur eines einzigen Spiegels 8, um den aus der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 3 austretenden Laserstrahl 9 über den Bearbeitungskopf 43 auf die Fügezone 41 zu lenken. Die Aufnahmeeinrichtung 17, die die Spritze 11 hält, ist auch hier vorzugsweise so ausgebildet, dass die Spritze stationär angeord­ net ist, während die Fügezone 41 mit dem Laser­ strahl 9 beaufschlagt wird. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, hier eine Antriebseinheit vor­ zusehen, die die Spritze 11 in Rotation versetzt.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise ein ringförmiges Strahlprofil des Laserstrahls 9 eingesetzt. Dies kann einerseits durch Verwendung einer speziellen Laserstrahlerzeugungs­ einrichtung erzeugt werden, beispielsweise durch einen Lasertyp, der im TEM₀₁ arbeitet. Andererseits können aber auch Strahlformungselemente, beispiels­ weise Blenden eingesetzt werden. Diese sind vor­ zugsweise gekühlt.

Bei Bedarf kann ein ringförmiges Strahlprofil durch Einsatz des speziellen Lasertyps oder durch Verwen­ dung von in den Strahlengang eingebrachte Blenden erzeugt werden. In allen Fällen ist es möglich, die Blenden, aber auch gegebenenfalls in den Strahlen­ gang eingebrachte Spiegel oder dergleichen zu küh­ len.

Fig. 8 zeigt noch einmal einen Teil einer Vorrich­ tung 1 zur Erzeugung einer Spritze 11, die von ei­ ner Aufnahmeeinrichtung 17 gehalten wird. Durch ei­ nen auf dem Kopf stehenden Kegel 67, dessen Spritze im Bereich der Fügezone 41 liegt, wird eine ring­ förmige Verteilung des Laserstrahls angedeutet, die dazu dient, auch bei stillstehender Spritze 11 die Fügezone 41 gleichmäßig zu erwärmen.

Es sei hier noch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alles zu den Ausführungsbeispielen der Vor­ richtung 1, die anhand der Fig. 1 bis 5 erläu­ tert wurden, Gesagte auch für die in den weiteren Fig. 6 und 7 gilt. Umgekehrt kann natürlich auch eine Kammer 51 bei den anhand der Fig. 1 bis 5 erläuterten Ausführungsbeispielen eingesetzt wer­ den. Schließlich kann auch der anhand von Fig. 2 erläuterte Bearbeitungskopf durch den ersetzt werden, der im Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben wurde.

Claims (26)

1. Vorrichtung zur Fertigung einer einen Spritzen­ körper aus Glas und eine Kanüle aufweisenden Sprit­ ze für medizinische Zwecke, gekennzeichnet durch eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung (3) mit einem Laserresonator (5) zur Erzeugung eines Laserstrahls (9), eine Strahlformungs- und/oder -lenkeinrichtung (7) und durch eine Aufnahmeeinrichtung (17) zur Halterung und Positionierung des Spritzenkörpers (13).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (17) den Spritzenkörper (13) stationär aufnimmt und dass die Laserstrahlerzeugungseinrichtung (3) einen festste­ henden Laserstrahl mit ring- und/oder kegelförmiger Verteilung erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (17) ei­ ne drehbare und/oder schwenkbare Halterung für den Spritzenkörper (13) umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahl­ formungs- und/oder -lenkeinrichtung (7) mindestens einen Spiegel (8a, 8b, 8c) und/oder wenigstens eine Blende umfasst.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spiegel (25, 31) beweglich gelagert ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahl­ formungs- und/oder -lenkeinrichtung (7) eine An­ steuervorrichtung zur Bewegung des mindestens einen Spiegels (25, 31) umfasst.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch eine Fokussiereinheit (37).

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerung zur Beeinflussung der Leistung des Laserresonators (5).

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch eine Temperaturerfas­ sungseinheit.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser­ strahlerzeugungseinrichtung (3) einen CO₂-Laser um­ fasst.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Fügezone (41) zwischen Spritzenkörper (13) und Ka­ nüle (15) mit Schutzgas beaufschlagbar ist.

12. Verfahren zur Fertigung einer einen Spritzen­ körper aus Glas und eine Kanüle aufweisenden Sprit­ ze für medizinische Zwecke, insbesondere einer Spritze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekenn­ zeichnet durch folgende Schritte:

• - Beaufschlagen der Fügezone (41) zwischen Spritzenkörper (13) und Kanüle (15) mit einem Laserstrahl (9),
• - teilweises Schmelzen des Materials des Sprit­ zenkörpers (13) und
• - Abkühlen des geschmolzenen Materials.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Laserstrahl (9) während des Schmelzvorgangs feststeht.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Laserstrahl (9) während des Schmelzvorgangs bewegt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritze (11) be­ ziehungsweise der Spritzenkörper (13) während des Anschmelzvorgangs bewegt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der La­ serstrahl (9) in zwei Richtungen bewegt wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlgeometrie und/oder die Fokusfläche verändert wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Be­ reich der Fügezone (41) gesteuert wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Ma­ terial des Spritzenkörpers (13) im Bereich der Fü­ gezone (41) Zeit- und/oder temperaturabhängig mit dem Laserstrahl (9) beaufschlagt wird.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ma­ terial des Spritzenkörpers (13) im Bereich der Fü­ gezone (41) bei einer ersten Temperatur vorgewärmt und bei einer zweiten Temperatur geschmolzen wird.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Ma­ terial des Spritzenkörpers (13) im Bereich der Fü­ gezone (41) bei einer dritten Temperatur nachge­ wärmt wird.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzvolumen im Bereich der Fügezone (41) gesteu­ ert wird.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritze (11) beziehungsweise der Spritzenkörper (13) während des Schmelzens bewegt, vorzugsweise gedreht wird.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritze (11) beziehungsweise der Spritzenkörper (13) während des Schmelzens feststeht.

25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Zusatz­ materialien als Verbindungsmedium verwendet wird.

26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schutzgas eingesetzt wird.