DE69120546T2

DE69120546T2 - Durchflussregler

Info

Publication number: DE69120546T2
Application number: DE69120546T
Authority: DE
Inventors: Peter Olive
Original assignee: Strato Infusaid Inc
Current assignee: Arrow Interventional Inc
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2011-11-23
Also published as: EP0569480A1; JPH05508906A; US5163920A; EP0569480B1; GR3020796T3; AU1246292A; DK0569480T3; DE9190202U1; ATE139854T1; JP2636965B2; CA2098173C; CA2098173A1; DE69120546D1; ES2088581T3; WO1992014199A1; AU660300B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft implantierbare Arzneimittel- Abgabevorrichtungen und insbesondere eine implantierbare Infusionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10, die so eingerichtet ist, daß sie einen Arzneimittelstrom in den Körper liefert. Insbesondere ist diese Erfindung auf eine Komponente einer derartigen Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 19 gerichtet, nämlich auf einen strömungsbegrenzer und/oder -regler zum Zweck einer Lieferung einer gleichförmigen, das heißt konstanten Strömung geradewegs in das System, trotz veränderlicher äußerer Betriebsdrücke.
Infusionsvorrichtungen zur Arzneimittelabgabe sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt, wie beispielsweise die Reihe von INFUSAID-Vorrichtungen, sowie eine Menge patentierte Technologie, wie durch das U.S. Patent 3,731,681, das U.S. Patent 4,511,355 und das U.S. Patent 4,626,244 vertreten. Diese drei Patente sind stellvertretend für eine Menge an Technologie, die auf implantierbare Vorrichtungen gerichtet ist, welche für einen verhältnismäßig konstanten Arzneimittelstrom aus einem implantierten Abgabesystem sorgen. Bei diesen Vorrichtungen begrenzt eine flexible Membran oder ein Balg einen Vorratsbehälter, welcher das Arzneimittel beherbergt. Ein verhältnismäßig konstanter Druck wird auf diese Membran ausgeübt, zum Beispiel durch Verwendung von Freon oder einem anderen verdampfbaren Stoff, um einen Druck auszuüben, der über dem Körperdruck liegt. Das Arzneimittel wird so aus dem Vorratsbehälter in ein langes Kapillarrohr gedrückt. Das Rohr wird durch seine Länge als ein die Strömung begrenzender Widerstand verwendet. Das Arzneimittel wird an einen Infusionsort an einer Stelle entfernt vom Implantationsort der Vorrichtung abgegeben.
Bei diesen Fluid-Abgabesystemen kann ein Strömungsregler verwendet werden, um für eine gleichbleibende Förderleistung zwischen der Pumpe und dem Abgabeort zu sorgen. Derartige Vorrichtungen können Druckspeicher, mit Ventilen versehene Vorratsbehälter und dergleichen sein. Auf dem Fachgebiet besteht ein Bedarf, derartige Vorrichtungen in implantierbaren Systemen zu vereinfachen, um die Zuverlässigkeit zu verbessern und das Gewicht und das Volumen zu verringern.
Eine feststehende Anforderung an derartige Systeme ist die Kompaktheit und Zuverlässigkeit. Zusätzlich müssen die eingesetzten Materialien nicht nur mit dem verwendeten Arzneimittel kompatibel sein, sondern auch mit den In-vivo- Anforderungen.
Innerhalb des Standes der Technik sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, um die Größe bestimmter Komponenten, wie beispielsweise von Kapillarsystemen unter Anwendung von Silicium- und Mikro-Bearbeitungstechniken zu verringern.
Es wird auf das United States Patent 4,537,680 Bezug genommen, welches einen Fluidfilter und eine Kapillare als integriertes Bauteil betrifft, wobei die Kapillare von einer Nut gebildet wird, die in die Oberfläche eines Siliciumsubstrats eingeätzt ist. Die Bearbeitung des Siliciums erfolgt unter Verwendung von herkömmlicher Halbleiter-Bearbeitungstechnologie. Eine Glasplatte wird mit der Oberfläche des Substrats verbunden, um eine lange Kapillarnut zu bilden, die eine sehr kleine Querschnittsfläche aufweist. Ebenfalls unter Verwendung von Silicium-Ätztechniken werden zwei Kammfilter an jedem Ende der Kapillarnut angebracht, indem eine Reihe von parallelen Nuten mit kleinerer Querschnittsfläche ausgeprägt wird.
Auch wird auf das U.S. Patent 4,626,244 Bezug genommen, welches eine integrierte Filter- und Kapillareinheit beschreibt, die durch Mikrobearbeitung auf einem Siliciumsubstrat gebildet wird. Die Geometrie der Filter- und Kapillareinheit ist derart, daß ein Einlaß in Bezug zu einer Reihe von parallelen Filternuten angeordnet ist, welche in der Oberfläche des Substrats ausgebildet sind. Ein vom Einlaß kommendes Arzneimittel tritt somit durch die Filternuten hindurch und wird in einer Reihe von Kanälen mit größeren Abmessungen aufgefangen. Diese Kanäle liefern einen Vorrat an gefiltertem Arzneimittel zu einer Kapillarnut, die eine Reihe von in sich zurückkehrenden Schleifen ist, welche auf der Siliciumoberfläche ausgebildet sind. Der Auslaß des Kapillarkanals umfaßt eine Reihe von parallelen Auslaß- Filternuten, die um einen mittigen Auslab-Auffangbereich herum angeordnet sind. Sobald das Arzneimittel durch die Auslaß- Filternuten zum Auslaß hindurchtritt, wird es mit Hilfe einer Kapillare unmittelbar zu dem unter Behandlung stehenden Teil des Körpers zugeführt. Sowohl das US Patent 4,537,680 und das US Patent 4,626,244 definieren somit grundlegende durch Mikrobearbeitung von Silicium geschaffene Kamm- und Kapillarsysteme.
Es wird auf "Normally Close Microvalve and Micropump Fabricated on a Silicon Wafer", M. Esashi et al, Proceedings of the IEEE Micro Electro Mechanical Systems, IEEE Catalog Nummer 89THO249-3 (1989), Seiten 29-34 Bezug genommen. Dieser Artikel beschreibt die Fertigung eines Mikroventils und einer Mikropumpe auf einer Siliciumscheibe (Wafer) unter Verwendung einer Siliciummembran und eines piezoelektrischen Stellglieds. Die zur Gasstromsteuerung verwendete Mikroventilstruktur umfaßt eine auf einem Siliciumsubstrat aufgebaute Ventilstruktur. Ein Einlaß ist auf dem Substrat definiert, mit einem durch eine Abdeckung aus Pyrex-Glas positionierten Auslaß Ein piezoelektrisches Stellglied wird verwendet, um das Silicium zu verschieben, das eine darauf eingeätzte Mesaoberfläche aufweist, welche das Ventil begrenzt. Ein Artikel mit dem Titel "Micromachined Silicon Microvalve", Ohnstein et al, Proceedings IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) 1990, IEEE Cat. No. 90 CH 2832-4, Seiten 95-98 offenbart ein elektrostatisch aktiviertes Mikroventil unter Verwendung von Silicium als Substrat mit einer Öffnung und einem aus einem passivierten Siliciumnitrid hergestellten Ventilelement. Elektroden sind in die Struktur eingebettet und liefern Kontakte für eine Ventilbetätigung. Das Ventil wirkt als eine bistabile Vorrichtung zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position oder als Steuervorrichtung für eine proportionale Durchflußmenge in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung. Die Vorrichtung arbeitet somit als Ventil, welches für den Betrieb eine Betätigung erfordert.
Das U.S. Patent Nr. 4,340,083 offenbart ein Biegebalkenventil, wobei das Ventil einen piezoelektrischen Stab einschließt, der als einseitig eingespannter Balken angebracht ist, um den Fluidstrom durch eine Steueröffnung zu steuern.
Ein Artikel mit dem Titel "A Constant Flow-Rate Microvalve Actuator based on Silicon and Micromachining Technology", S. Park, W.H. Ko und J.M. Prahl, IEE Technical Digest Solid State Sensor and Actuator Workshop (Katalog Nr. 88 TH0215-4), Hilton Head Island, June 6-9, 1988, Seiten 136-139 offenbart ein Betätigungselement für ein Mikroventil mit konstanter Durchflußmenge auf der Grundlage der Silicium- und Mikro- Bearbeitungstechnologie, unter Verwendung einer Membran als aktivem Element zum Steuern der Strömung durch das Ventil.
Die WO-A-87/00513 offenbart eine Ausströmvorrichtung für einen Aerosolbehälter mit wechselnden Strömungspfaden zum Regeln der Durchflußmenge.
Die WO-A-89/09447 offenbart eine mikromechanische Strömungssteuervorrichtung mit einem Bimaterial-Element, welches mit Hilfe einer Heizungssteuerschaltung bewegt werden kann.
Trotz Fortschritten auf dem Gebiet der durch Mikrobearbeitung unter Verwendung von Silicium hergestellten Komponenten- Strukturen besteht noch ein Bedürfnis nach Komponenten, die bisher eine Verringerung der Größe von implantierbaren Vorrichtungen verhindert haben. Ein zuverlässiger Strömungsregler/begrenzer für eine Verwendung mit implantierbaren Systemen, welcher keine äußere Betätigung und Energieversorgung erforderlich macht, ist ein derartiges Bedürfnis.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der Mängel des Standes der Technik ist es ein Ziel dieser Erfindung, einen verbesserten, durch Mikrobearbeitung hergestellten Silicium-Strömungsregler bereitzustellen.
Noch ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, einen kompakten aber zuverlässigen Strömungsbegrenzer mit einer minimalen Anzahl von beweglichen Teilen zu definieren.
Noch ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, eine miniaturisierte Strömungsregelvorrichtung zu definieren, die eine Integration von Elektronik gestattet, um die Durchflußmenge und äußere Bedingungen zu messen, welche für deren Schwankungen verantwortlich sind. Diese und andere Ziele dieser Erfindung werden erreicht, indem eine Strömungsbegrenzungsvorrichtung definiert wird, welche bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß den Patentansprüchen 1 und 10 ein miniaturisiertes Gehäuse mit einer einseitig eingespannten Balkenstruktur darin umfaßt. Die Balkenstruktur umfaßt einen Steg und einen Strömungspfadbegrenzungskörper. Der Steg und der Strömungspfadbegrenzungskörper bilden eine Drossel, die im Fluidströmungspfad zwischen einem Einlaß und einem Auslaß im Gehäuse angebracht ist. Ein Strömungsspalt wird zwischen der Drossel und dem Gehäuse begrenzt, um die Strömung zu begrenzen, aber auch um für eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Drosselbalkens zu sorgen. Die Druckdifferenz bewirkt eine Biegung und verändert somit den Strömungsspalt zwischen dem im Gehäuse definierten Auslaß und der Unterseite des Drosselbalkens.
Wenn der Druck für den Einlaß und Auslaß feststehend ist, dann wäre die Durchflußmenge um den Drosselbalken herum konstant. Wenn jedoch der Einlaßdruck ansteigt und die Durchflußmenge um die Drossel herum zur Zunahme neigt, wird eine Druckdifferenz über den Balken hervorgerufen. Der Druck wäre auf der dem Einlaß näher liegenden Oberseite des Balkens größer als auf der Unterseite. Somit würde sich der Balken in Richtung des Auslasses biegen und die Strömung durch den Begrenzer verringern. Somit findet bei höheren Druckgradienten durch Begrenzung des Strömungspfades ein Ausgleich statt. Das Gegenteil ist der Fall, wenn der Einlaßdruck abnimmt, was bewirkt, daß sich der Strömungsspalt aufweitet.
Die Empfindlichkeit des Systems kann verbessert werden, indem man Strömungsbegrenzer in einer Reihenanordnung bereitstellt, von denen jeder unterschiedliche Drosselgeometrien aufweist. Da die Vorrichtungen unter Verwendung der Möglichkeiten der Silicium-Mikrobearbeitung hergestellt werden können, ist es möglich, eine Integration von Elektronik in die Vorrichtung vorzusehen. Zum Beispiel kann ein Widerstandsbalken auf dem Drosselbalken angebracht werden, um die Biegung zu messen. Dies liefert eine genaue Messung der Durchflußmenge und daher des Druckabfalls. Entsprechend kann eine Temperaturmeßschaltung in der Vorrichtung angebracht werden, um für eine Anzeige von Temperaturschwankungen zu sorgen und somit Schwankungen in der Viskosität des hindurchtretenden Fluids zu korrigieren.
Bei einer Abwandlung dieser Erfindung gemäß Anspruch 19 "schwimmt" das Drosselelement in einem Gehäuse ohne eine Befestigung an einer Wand. Die Position wird durch die Druckdifferenz und entweder eine magnetische oder elektrostatische Steuerung bestimmt. Durch Bereitstellung seitlicher Strömungsspalte werden bessere Maßtoleranzen beim Silicium-Ätzvorgang erhalten.
Diese Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung und die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ausführlicher beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung;
Figur 2 ist eine Draufsicht von oben auf die erste Ausführungsform dieser Erfindung;
Figur 3 ist eine Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung; und
Figur 4 ist eine Schnittansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Nunmehr Bezug nehmend auf die Figuren 1 und 2, ist dort eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Strömungsreglers 10 dieser Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird ein Gehäuse 11 mit einem Gehäusekörper 11' von einer flachen schachtelartigen Struktur definiert. Eine Deckplatte 12 kann entweder integriert ausgebildet sein oder auf der Oberseite der Gehäuse-Schachtelstruktur angebracht sein, um einen Hohlraum oder eine Kammer 14 zu begrenzen. Die Deckplatte 12 weist eine Einlaßöffnung 16 auf. Das Gehäuse 11 weist einen Auslaß 18 in der Unterseite auf.
Eine Drosselbalkenstruktur ist starr am Gehäuse 11 angebracht. Diese Drosselstruktur umfaßt einen einseitig eingespannten Drosselbalken 20 und eine Drosselplatte 22 (Figur 2). Wie in den Figuren 1 und 2 veranschaulicht, steht die Balkenstruktur freitragend von der Wand 24 aus über und ragt bis zu einer Stelle zwischen dem Einlaß 16 und dem Auslaß 18 ins Innere des Hohlraums 14. Die Drosselbalkenstruktur ist so innerhalb des Hohlraums 14 angeordnet, daß sie dessen Volumen in zwei Teile mit ungleichem Volumen unterteilt.
Die erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung arbeitet wie folgt. Nimmt man zuerst einen feststehenden Einlaß- und Auslaßdruck an, so ist der Innendruck im Gehäuse gleichförmig und somit die Strömung um und unter dem Drosselbalken 20 und der Drosselplatte 22 konstant. Der begrenzende Strömungsspalt 26, der zwischen der Unterseite 19 der Drosselplatte 22 und der Innenwand 21 des Gehäuses 11 hergestellt wird, ist eng und begrenzt somit die Durchflußmenge. Bei einem gegebenen Differenzvolumen zwischen diesem Strömungsspalt 26 und dem Rest der Kammer 14 stellt sich über die Drosselplatte 22 eine Druckdifferenz ein. Bei der gegebenen einseitig eingespannten Konstruktion biegt sich die Drosselplatte 22, um den Druck volumenabhängig auszugleichen und stellt so den Strömungsspalt ein. Das heißt zum Ausgleichen des Druckabfalls über die Oberund Unterseite der Drosselplatte 22 erfolgt eine Durchbiegung des Balkens, wodurch der Balken in Bezug zum begrenzenden Strömungsspalt 26 verlagert wird, bis durch Veränderung der Volumina ein Ausgleich erfolgt. Falls der durch Pfeile am Einlaß 16 dargestellte Einlaßdruck steigt, dann wird die Strömung um die Drosselplatte 22 herum und unter dieser größer, wodurch ein größerer Druckabfall über die Balkenstruktur hervorgerufen wird. Dieser Druckanstieg würde eine weitere Durchbiegung des Balkens nach unten in Richtung des Auslasses 18 bewirken. Das Volumen des Spaltes 26 nimmt ab, wodurch dem Strömungspfad eine zusätzliche Begrenzung hinzugefügt und die Strömung durch den Begrenzer vermindert wird. Somit erfolgt bei einem höheren Einlaßdruck ein Ausgleich, da der höhere Druckgradient dazu führt, eine größere Begrenzung des Strömungspfades hervorzurufen. Die Durchflußmenge durch die Vorrichtung neigt dann trotz eines Anstiegs des äußeren Betriebsdrucks dazu gleichzubleiben.
Falls der Druck am Einlaß 16 abnimmt, dann würde die Strömungsminderung dazu führen, die Druckdifferenz über die Drosselplatte 21 hinweg zu verringern. Infolgedessen würde sich der Balken unter Vergrößerung des Volumens des Strömungsspaltes 26 nach oben in Richtung des Einlasses 16 biegen. Der Strömungspfad würde somit weniger begrenzend werden, und die Strömung durch den Auslaß 18 würde zunehmen. Somit gleicht die Veränderung des Spaltes die Veränderung des Betriebsdrucks aus, was dazu führt, daß die Durchflußmenge durch die Vorrichtung konstant gemacht wird.
Dieselbe Ausgleichswirkung würde bei Veränderungen des Auslaßdrucks auftreten. Es ist ersichtlich, daß eine Biegung der Drosselplatte 22 zum Ausgleich der Druckdifferenz für eine Strömungsregelung in Abhängigkeit einer Druckänderung am Strömungsspalt 26 sorgt, wenn sich der Auslaßdruck verändert.
Nunmehr Bezug nehmend auf Figur 3, ist dort eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Strömungsreglers 10' dieser Erfindung dargestellt. Wie aus der bevorzugten Ausführungsform aus Figur 1 ersichtlich ist, muß über mindestens eine Seite der Drosselbalken- und Drosselplattenstruktur ein begrenzender Strömungsspalt aufrechterhalten werden. Jedoch kann eine Steigerung der von der gesamten Vorrichtung hervorgerufenen Begrenzung erfolgen, indem man einen begrenzenden Spalt sowohl auf der Oberseite und der Unterseite des Balkens vorsieht. Die Vorrichtung wird jedoch weniger empfindlich, das heißt, bei derselben gegebenen Druckänderung würde im Vergleich mit einer Vorrichtung mit einem einzigen Spalt eine geringere Veränderung der Strömungsbegrenzung auftreten. Um die Empfindlichkeit zu erhöhen, kann die Konfiguration mit einem Begrenzer aus den Figuren 1 und 2 in einer Reihenanordnung übereinandergeschichtet werden, um die Nettobegrenzung zu vergrößern. Derartiges ist in Figur 3 veranschaulicht. Wie veranschaulicht, umfaßt diese bevorzugte Ausführungsform ein Paar übereinandergeschichtete Strömungsregler- oder Strömungsbegrenzer-Gehäuseelemente 30 und 32. Ein Einlaß in das System 34 definiert einen Strömungseinlaß in einen Hohlraum 36. Ein Begrenzungsspalt 38 ist darin zwischen der Drosselbalkenstruktur 40 und einem ersten Auslaß 42 ausgebildet. Der Drosselbalken 40 ist in einer ähnlichen Weise wie derjenigen, die in den Figuren 1 und 2 veranschaulicht ist, einseitig eingespannt.
Der übereinandergeschichtete Strömungsbegrenzer umfaßt dann ein zweites Strömungsregler- oder Strömungsbegrenzerelement 30, dessen Einlaß 44 mit dem Auslaß 42 ausgerichtet ist. Der Fluidstrom wird somit wie durch die Pfeile veranschaulicht in einen zweiten Hohlraum oder eine zweite Kammer 46 mit einer zweiten Drosselbalkenstruktur 48 abgegeben. Ein zweiter Begrenzungsspalt so ist zwischen dem Drosselbalken 48 und dem Auslaß 52 aus dem System definiert.
Wie in Figur 3 veranschaulicht, weist der Hohlraum 36 ein größeres Innenvolumen als dasjenige des Hohlraums 46 auf. Der begrenzende Spalt 38 weist gleichfalls ein größeres Volumen als dasjenige des Spaltes 50 auf. Die Größe des zum ersten Begrenzerelement 32 gehörigen Drosselbalkens 40 ist größer als diejenige des zum zweiten Begrenzerelements 30 gehörigen Drosselbalkens 48.
Durch Anpassung dieser Volumina und Drosseleigenschaften der einseitig eingespannten Balken können die Begrenzungseigenschaften und somit die Strömungseigenschaften des Systems eingestellt werden. Indem man eine übereinandergeschichtete Anordnung verwendet, wie in Figur 3 veranschaulicht, wechseln außerdem die begrenzenden Spalte von der Oberseite zur Unterseite, das heißt, sie sind durch eine Kammer getrennt. Folglich werden Auswirkungen einer Änderung der Richtung des Schwerefeldes durch das System aufgehoben.
Nunmehr Bezug nehmend auf Figur 4, ist dort eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines Strömungsreglers 10" der Erfindung dargestellt. Die bevorzugte Ausführungsform weicht von den zwei vorangehenden darin ab, daß das Strömungsreglerelement nicht mit dem Gehäuse verbunden, das heißt baulich an diesem befestigt ist. In Fig. 4 weist ein aus Silicium oder einem mikrobearbeitungsfähigen Material hergestelltes Gehäuse 60 einen Einlaß 62 und einen Auslaß 64 auf. Ein Hohlraum oder eine Kammer 66 ist im Gehäuse 60 ausgebildet. Die Gestaltung des Einlasses 62, des Auslasses 64 und des Hohlraums 66 kann unter Verwendung herkömmlicher Silicium-Ätztechniken erreicht werden. Während die Einheit im Querschnitt als eine einzige Einheit dargestellt ist, ist ersichtlich, daß sie auch durch Fertigen eines zweiteiligen Gehäuses, ähnlich demjenigen aus Figur 1, mit einem Grundkörper und einer Deckplatte hergestellt werden kann. Wie in Figur 4 veranschaulicht, wird der Hohlraum 66 von einer inneren vertikalen Umfangsseite 70 und einem verjüngten oder konischen Seitenabschnitt 72 gebildet. Da die Ätzgeschwindigkeiten gesteuert werden können und allgemein verjüngte Seitenwände bilden, gestattet die Bearbeitung von Silicium die Ausbildung dieses inneren Hohlraumdurchmessers unter Verwendung gut eingeführter Techniken.
Das Strömungsbegrenzerelement oder die Drossel 68 ist ein Kegelstumpf mit Seiten 74, welche mit der Wand 72 des Hohlraums 66 konform sind. Ein Begrenzungsspalt 76 wird zwischen dem Begrenzerelement 68 und dem Auslaß aus dem System 64 begrenzt. Der Begrenzerkörper 68 ist vorzugsweise aus einem Siliciummaterial hergestellt, das darin eingebettete leitfähige Partikel oder dergleichen aufweist. Die verwendeten Partikel sind von der Art der Aufhängung abhängig, die für das Strömungsbegrenzerelement 68 benutzt wird. Zum Beispiel kann eine magnetische Aufhängung verwendet werden, um das Element 68 innerhalb des Hohlraums 66 zu positionieren und somit die Durchflußmenge zwischen dem Einlaß 62 und dem Auslaß 64 zu steuern. Wenn ein magnetisches Aufhängungssystem verwendet wird, dann würden Ferritpartikel im Begrenzerelement 68 eingebettet. Durch Anlegen eines äußeren Feldes kann die Positionierung des Elements 68 in Bezug zum Einlaß 62 und Auslaß 64 aufrechterhalten werden.
Eine alternative Positionierungstechnik könnte durch eine elektrostatischen Aufhängung und/oder Steuerung erfolgen. Im Zusammenhang mit dieser Strömungsreglervorrichtung können wieder herkömmliche Techniken für eine Betätigung von piezoelektrischen Elementen verwendet werden.
Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, wird der Begrenzerkanal in Abhängigkeit vom Zwischenraum festgelegt, welcher zwischen den Seitenwänden des Begrenzerelements 68 und den Begrenzungswänden des Hohlraums 66 vorhanden ist. Bei der gegebenen kegelstumpfförmigen Ausgestaltung gestattet eine genauere Mikrobearbeitung durch Steuerung der bevorzugten Ätzung die Festlegung einer Begrenzergeometrie mit einer größeren Genauigkeit.
Wie für den Fachmann in dieser Technologie ersichtlich ist, machen die in den Figuren 1-4 veranschaulichten Vorrichtungen eine feine Geometrie und enge Toleranzen erforderlich. Sie können aus vielerlei Materialien gefertigt werden. Jedoch wird eine Verwendung von Silicium und eine Silicium- Mikrobearbeitung bevorzugt. Diese Verfahren, die mit einer akzeptierten Technologie bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen im Einklang stehen, gestatten die Aufrechterhaltung von geforderten Toleranzen, und trotzdem ist das Verfahren bei einer großtechnischen Produktion wirtschaftlich. Der Einsatz von Halbleiter- Bearbeitungsverfahren zur Herstellung dieser Strömungsvorrichtungen ist auf dem Fachgebiet anerkannt. Zum Beispiel kann eine Musterbildung erfolgen, indem man Siliciumoxid verwendet, das auf der Oberfläche eines monokristallinen Siliciumsubstrats aufgewachsen ist, um den Strömungsauslaß zu schaffen und genau zu positionieren. Durch Einsatz von standardisierten Photolithographie- und Ätz- Verfahren mit einer geeigneten Maskierung kann die Vorrichtung unter Einsatz von Techniken gebaut werden, welche bei der Halbleiterbearbeitung wohlbekannt sind.
Als weitere Quellen liefern die Offenbarungen in den U.S. Patenten 4,537,680, 4,626,244 und ein Artikel von Angell, "Silicium Micrornechanical Devices", Scientific American, April 1983, Seiten 44-55, Einzelheiten. Ein Fachmann würde die Halbleiter-Bearbeitungstechnologie auf die Ausführungsformen dieser Erfindung aus Silicium anwenden, indem er wohlbekannte Bearbeitungstechniken einsetzt.
Durch Verwendung von Silicium als Material der Wahl für diese Strömungsbegrenzer ergeben sich zusätzliche Vorteile. Zum Beispiel könnte zu Prüf- und Überwachungszwecken Elektronik auf den Vorrichtungen integriert werden. Eine Messung der Durchbiegung der Drosselbalken kann durch Einsatz einer Wheatstone-Brücke erreicht werden, welche einen Dehnungsmeßstreifen verwendet. Die Messung der Balkenbiegung liefert eine Messung der Durchflußmenge und somit des Druckabfalls über das System. Entsprechend kann unter Verwendung derselben Elektronik eine Temperaturmeßschaltung auf der Vorrichtung angebracht werden, um eine Anzeige der invivo-Temperatur zu liefern und somit Viskositätsänderungen des durch das System hindurchtretenden Fluids zu korrigieren.
Es ist ersichtlich, daß an dieser Erfindung weitere Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können. Zum Beispiel könnte im Fall der einseitig eingespannten Konfiguration der Fig. 1 eine Mehrpunkt-Stegabstützung verwendet werden. Der Begrenzerkörper würde sich ansprechend auf Druckschwankungen auf dem Steg durchbiegen.

Claims

1. Zur Anbringung in einem Fluidstrom angepaßte Strömungsregelvorrichtung zum Ausgleichen des Drucks zwischen einem Einlaß und einem Auslaß, umfassend:

ein Gehäuse (11), wobei das besagte Gehäuse einen Fluid- Einlaß (16), einen Fluid-Auslaß (18), eine Kammer (14) dazwischen und ein in der besagten Kammer angeordnetes Strömungsbegrenzungselement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Strörnungsbegrenzungselement ein Drosselbalken (20) ist, umfassend einen einseitig eingespannten Balken, der an einem Ende an dem besagten Gehäuse angebracht ist und am entgegengesetzten Ende ein Plattenelement aufweist, welches zwischen dem besagten Fluid-Einlaß und -Auslaß angeordnet ist und die besagte Kammer in zwei Bereiche unterteilt, wobei einer der besagten Bereiche einen begrenzenden Strömungsspalt (26) zwischen dem besagten Drosselbalken und dem besagten Fluid-Auslaß definiert,

wobei auf den besagten Drosselbalken einwirkende Schwankungen des Drucks zwischen dem besagten Fluid-Einlaß und dem besagten Fluid-Auslaß eine das Volumen des besagten begrenzenden Spaltes verändernde Biegung des besagten Drosselbalkens verursachen und dadurch für eine ausgeglichene Strömung an dem besagten Auslaß sorgen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der besagte Fluid-Einlaß und der besagte Fluid-Auslaß in Ausrichtung miteinander auf dem besagten Gehäuse angeordnet sind, und wobei die besagte Platte zu der besagten Ausrichtung des besagten Fluid-Einlasses und Fluid-Auslasses symmetrisch ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der besagte Drosselbalken ein einstückiges Siliciumelement umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das besagte Gehäuse einen Gehäusekörper (11') und ein Abdeckelement (12) umfaßt, wobei der besagte Gehäusekörper und der besagte Drosselbalken eine integrierte Siliciumstruktur umfassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend ein zweites Gehäuse (30), wobei das besagte zweite Gehäuse einen in Fluidverbindung mit dem besagten Fluid-Auslaß des besagten Gehäuses angeordneten Fluid-Einlaß (44) aufweist, wobei das besagte zweite Gehäuse einen Fluid-Auslaß (52) und eine Kammer (46) dazwischen aufweist,

einen Drosselbalken (48), der in der Kammer des besagten zweiten Gehäuses angeordnet ist und sie in zwei Bereiche unterteilt, wobei ein Bereich einen begrenzenden Spalt (50) in dem besagten zweiten Gehäuse zwischen dem besagten Drosselbalken darin und dem Fluid-Auslaß des besagten zweiten Gehäuses definiert, wobei Schwankungen des Drucks in dem besagten Fluidstrom zwischen dem besagten Einlaß in dem besagten Gehäuse und dem besagten Fluid-Auslaß des besagten zweiten Gehäuses durch Biegungen der jeweiligen Drosselbalken ausgeglichen werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der besagte Drosselbalken in dem besagten Gehäuse eine andere Geometrie als der Drosselbalken in dem besagten zweiten Gehäuse aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die besagte Kammer des besagten Gehäuses ein Volumen aufweist, das anders ist als das Volumen der Kammer in dem besagten zweiten Gehäuse.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter umfassend eine auf dem besagten Drosselbalken angeordnete elektronische Einrichtung, um eine für die Balkenbiegung charakteristische Ausgangsgröße zu liefern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiter umfassend eine elektronische Einrichtung auf dem besagten Gehäuse, um eine in-vivo-Temperatur der besagten Vorrichtung zu bestimmen.

10. Implantierbare Arzneimittel-Abgabevorrichtung, umfassend:

einen Vorratsbehälter mit einem Arzneimittelvorrat, Einrichtungen zum Herausdrücken des besagten Arzneimittels aus dem besagten Vorratsbehälter;

eine Kapillare in Fluidverbindung mit dem besagten Vorratsbehälter, welche das besagte Arzneimittel aufnimmt und es an einen Behandlungsort abgibt;

einen zwischen dem besagten Vorratsbehälter und der besagten Kapillare angebrachten Strömungsregler (10), um den Fluiddruck des Arzneimittels auf die besagte Kapillare passiv zu gleich zu machen, wobei der besagte Strömungsregler umfaßt:

ein Gehäuse (11), wobei das besagte Gehäuse einen Einlaß (16) in Fluidverbindung mit dem besagten Vorratsbehälter, einen Fluid-Auslaß (18) in Verbindung mit der besagten Kapillare und eine Kammer (14) zwischen dem besagten Fluid- Einlaß und dem besagten Fluid-Auslaß aufweist, gekennzeichnet durch

ein Drosselelement (22), umfassend einen einseitig eingespannten Balken, der an einem Ende an dem besagten Gehäuse angebracht ist und am entgegengesetzten Ende ein Plattenelement (22) aufweist, das zwischen dem besagten Fluid- Einlaß und dem besagten Fluid-Auslaß in der besagten Kammer angeordnet ist, wobei das besagte Drosselelement die besagte Kammer in zwei Bereiche unterteilt, von denen einer einen begrenzenden Spalt (26) zwischen dem besagten Drosselelement und dem besagten Fluid-Auslaß definiert, wobei Schwankungen des Drucks zwischen dem besagten Fluid-Einlaß und dem besagten Fluid-Auslaß durch eine das Volumen des besagten begrenzenden Spaltes verändernde Bewegung des besagten Drosselelements ausgeglichen werden und dadurch für eine ausgeglichene Strömung zu dem besagten Auslaß sorgen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher der besagte Fluid-Einlaß und der besagte Fluid-Auslaß in Ausrichtung miteinander auf dem besagten Gehäuse angeordnet sind, und wobei die besagte Platte zu der besagten Ausrichtung des besagten Fluid-Einlasses und Fluid-Auslasses symmetrisch ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das besagte Drosselelement ein einstückiges Siliciumelement umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das besagte Gehäuse einen Gehäusekörper (11') und ein Abdeckelement (12) umfaßt, wobei der besagte Gehäusekörper und das besagte Drosselelement eine integrierte Siliciumstruktur umfassen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, weiter umfassend ein zweites Gehäuse (30), wobei das besagte zweite Gehäuse einen in Fluidverbindung mit dem besagten Fluid-Auslaß (52) des besagten Gehäuses angeordneten Fluid-Einlaß (44) aufweist, wobei das besagte zweite Gehäuse einen Fluid-Auslaß und eine Kammer (46) dazwischen aufweist,

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher das besagte Drosselelement in dem besagten Gehäuse eine andere Geometrie als der Drosselbalken in dem besagten zweiten Gehäuse aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die besagte Kammer des besagten Gehäuses ein Volumen aufweist, das anders ist als das Volumen der Kammer in dem besagten zweiten Gehäuse.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, weiter umfassend eine auf dem besagten Drosselelement angeordnete elektronische Einrichtung, um eine für die Balkenbiegung charakteristische Ausgangsgröße zu liefern.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, weiter umfassend eine elektronische Einrichtung auf dem besagten Gehäuse, um eine in-vivo-Temperatur der besagten Vorrichtung zu bestimmen.

19. Für eine Anbringung in einem Fluidstrom angepaßte Strömungsregelvorrichtung zum Ausgleichen eines Drucks zwischen einem Einlaß und einem Auslaß, umfassend ein Gehäuse (60) mit einem Fluid-Einlaß (62), einem Fluid-Auslaß (64) und einer Kammer (66) dazwischen, sowie eine in der besagten Kammer angeordnete Strömungsbegrenzungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbegrenzungseinrichtung ein Drosselelement (68) ist, das nicht an einer Innenwand der besagten Kammer befestigt und so gestaltet ist, daß es mit einer Wand (72) der besagten Kammer (66) konform und zwischen dem besagten Fluid-Einlaß und -Auslaß angeordnet ist und die besagte Kammer in zwei Bereiche unterteilt, wobei einer der besagten Bereiche einen begrenzenden Spalt (76) zwischen dem besagten Drosselelement und dem besagten Fluid-Auslaß definiert, wobei auf das besagte Drosselelement einwirkende Schwankungen des Drucks zwischen dem besagten Fluid-Einlaß und dem besagten Fluid-Auslaß eine das Volumen des besagten begrenzenden Spaltes verändernde Biegung des besagten Drosselelements verursachen und dadurch für eine ausgeglichene Strömung an dem besagten Auslaß sorgen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher das besagte Drosselelement ein Siliciumelement ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher das besagte Siliciumelement weiter darin eingebettete leitfähige Partikel enthält.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher das besagte Drosselelement ein Kegelstumpf ist.