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Vorrichtung zur Steuerung von Luftdruck schwankungen in einem pneumatischen
System Priorität : U.S.A.; 14. September 1964; U.S. Ser. No. 396 086 Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Luftdruckschwankungen in einem pneumatischen
System von in unbekannter Weise veränderlichem Volumen und Luftdruck, insbesondere
eine Steuervorrichtung, die eine Erkennung von Buftdruckimpulsen ermöglicht, die
in dem pneumatischen System durch auf es einwirkende Modulationskräte entstehen.
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Diese Erfindung findet insbesondere eine nutzbringende Anwendung bei
jlutdruckmeßger-aten, wo sowohl das Volumen und der Druck der Luft in der Abschnürmanschette
unbekannt und veränderlich sind. Um eine Luftdruckschwankung in der Abschnürmanschette
infolge des Pusschlags erkennen zu können, mu3 die Drucknderungsgeschwindigkeit
konstant gehalten werden. Da jedoch sowohl das Volumen als auch der Druck varianz
sind, kann eine Ausströmöffnung fester Größe keine Steuerung der
Luftdruckschwandkung
mit konstanter Druckänderungsgeschwindigkeit bewirken.
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Ivjaßgerte für den Blutdruck sind bereits seit langem bekannt.
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Wie aus dem amerikanischen Patent 3 104 661 hervorgeht, ist es auch
bekannt, eine Abschnürmanschette unter Luftdruck zu setzen, wobei ein Konstantdruck-Steuorventil
zwischen der Luftdruckqaelle und der Abschnürmanschette angebracht ist.
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Die Meßempfindlichkeit und Meßgenauigkeit der
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Größe ist für Präzisionsmessungen, insbesondere für das Erkennen von Druckschwankugen
infolge des Pulsschlags, unbefriedigend. Es wurde gefunden, daß es notwendig ist,
die Druckänderungsgeschwindigkeit auf einem konstanten Wert zu halten, was bei den
bekannten Geräten nicht der Fall ist.
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Die Aufgabe der Erfindug besteht somit in der Schaffung eines Präzisionsgerätes
zur Ermittlung von Druckschwankungen unter Heranziehung konstanter Druckänderungsgeschwindigkeiten
in-dem pneumatischen System. Die Vorrichtung soll insbesondere zur Durchçührung
von Blutdruck-Przisionsessungen geeignet sein.
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Zur Lösung der gestellten Auf gabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Steuerung von Luftdruckschwankun'en in einem ersten pneumatischen System von
in unbekannter Weise veränderlichem Volumen und Luftdruck dadurch gekennzeichnet,
daß der die Schwankungen im ersten System bestimmende Luftdurchsatz durch ein zweites
pneumatisches System von bekanntem
Volumen w und linear veränderlichen
Druck regelbar beeinflußt wird. bei dieser Vorrichtung bewirkt eine Öffnung veränderlicher
Größe die Steuerung, wobei die luftdruckäderung sich unter Einhaltung eines konstanten
wertes abspielt, und wobei denn@ch die Erkennung von in dem pneumatischen System
erzeugten Luftimpulsen möglich ist. Die Steueröffnung von ver @nderlicher Größe
wird @@t Hilfe eines Diaphramas herbeigefährt, das unter der Einwirkung eines bekannten
veränderlichen Steuerdruckes steht, der sich mit konstanter geschwindigkeit mindert.
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Natürlich ließe sich der Steuerdurchk - falls dies erwünscht sein
sollte auch in nicht linearer Weise vedndern.
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Der an das Diaphragema angelegte veränderliche Steu erduch läßt sich
auf vielerlei Auten herbei@uaren; in eine bevorzugten Ausführungsbeispiels wird
er aus einen peneumatischen System konstanten Volumens abgeleitet, das so einreguliert
ist, daß sich eine Konstante Drucl. inderungsgesc@wind@@eit ergibt. Der einen Seite
des Diaphragmas wird der im ersten pneumatischen System von unbekanntern Volumen
wirkende Luftdruck zugeführt; auf die andere Seite des diamphragmas wirzt der sicii
mit einer kon@tanten Geschwindigkeit
Luftdruck des zweiten pneumatis@hen systems von konstantem Volumen ein, unter dessen
Einfluß das Diaphragma die Größe der Austrittsöffnung steuert. So wie sich der luftdruck
im zweiten Syste mit konstanter Geschdindigkeit ändert, so tritt im entsprechenden
Verhältnis die unter Druck stehende
Luft aus dem ersten System aus
der Offnung von veränderlicher Größe aus, wobei sich der Luftdruck im ersten System
mit der gleichen koznstanten Geschwindigkeit wie beim weiten pneumatischen System
verändert. Es läßt sich so einrichten, daß der im ersten System herrschende Luftdruck
der Luftdruck änderung im zweiten System in sehr naher und ähnlischer Weise folgt.
Es läßt sich Jedoch auch ein Druckunterschbd zwischen den zwei Systemen herstellen,
injem man dem die Größe der Austrittsöffnung steuernden Diaphragma eine Vorspannung
auferlegt. Auf jeden Fall besteht die wichtige Erkenntnis darin, daß sich der Luftdruck
im ersten System mit konstanter Geschwindigkeit verändert.
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Da wegen der elastischen Deformation der aufblasbaren Abschnür manschette
das Luftvolumen in dem ersten 8ystem, dem sogenanntsn Arbeitssystem veränderlich
ist, hat es keinen Zweck zu versuchen, eine Änderung des Luftdrucks im ersten System
durch Steuerung einer Volumenveränderung im zweiten pneumatischen System, dem. sogenannten
St@@@@@System herbeizuführen. Das trifft insbesondere dann zu, wenn das Luftvolumen
des Arbeitssystems praktisch von der gleichen Größe ist, wie das Buftvolumen des
Steuersystems.
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Weitere Zielt, Eigenschaften und Merkmale der Erfindung werden in
der folgenden, in weitere Einzelheiten gehenden Beschreibung unter Hinweis auf die
beigefügte Zeiehnug auseinandergesetzt und erläutert. In der Zeichnung stellen dar
Fig.
1 ein schema@s ches Blockdiagramm des pneumatischen Arbeits- und S-teuersystems,
wobei das pneumatische Arbeitssystem zu einer Blutdruckmeßapparatur gehört; Fig.
2 einen Querschnitt durch ein Luftablaß-Steuerventil mit einer Austrittsöffnung
veränderlicher Größe; Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Luftdruckes im Arbeits-
und Steuersystem in Abhängigkeit von der Zeit.
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In dem zur Erläuterung der Erfindung herangezogenen Ausführungsbeispiel
wird von einer Luftdruckpumpe 10 (vgl. Fig. 1) Gebrauch gemacht, die in der Lage
ist, Luft zu komprimieren in einem für den entsprechenden Anwendungsfall benötigten
Ausmaß. Bei der Pumpe 10 kann es sich um irgendein beliebiges Modell einer Luftdruckpumpe
handeln. ueber entsprechende pneumatische Leitungen 15 und 20 ist der Ausgang der
Luftdruckpumpe 10 mit dem pneumatischen Steuersystem 25 und dem pneumatischen Arbeitssystem
50 verbunden; in den genannten Leitungen sind Rückahlagventile 16 und 21 eingebaut.
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Das pneumatische Steuersystem 25 umfaßt einen Luft tank 26 von konstantem
Volumen. Dieser Tank 26 is t über eine pneumatische Leitung 27 mit einem Druckreguliergerät
28 verbunden0 Dieses Druckreguliergerät 28 ist über eine weitere pneumatische Leitung
29 mit einem Nadelventil 30 verbunden, das in die freie Atmosphäre führt. Der Luftdruck
im Tank 26 kann mit Hilfe des Druckreguliergerätes 28 und des Nadelventile 30 veranlaßt
werden, mit einer konstanten Geschwindigkeit abzunehmen. Das Druckreguliergerät
28 überwacht die Größe der Luftbruckabnahme, während das Nadolventil 30 die Geschwindigkeit
der Druokabnahme überwacht. Es handelt sich alro bei dem
Steuersystem
25. um ein pneumatischss System mit konstantem Volumen, wobei der Luftdruck regulierbar
mit konstanter Geschwindigkeit herabgesetzt wird, in dem die Luft durch eins einstallbare
Öffnung von einer bestimmten festen Größe ausströmen gelaßsen wird unter Aufrechterhaltung
eines testen Druckunterschiedes über der fest eingestellten Öffnung.
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Die unter Druck stehende Luft im Tank 26 wird zur Überwachung des
Luftdrucks im Arbeitssytem 50 herangezogen. Der im Tank 26 herrschende Luftdruck
wird über eine pneumatieche Leitung 91 der oberen Kammer 41 eines Steuerventils
40 zugeführt. Das in Fig. 1 schemaisch gezeigte Steuerventil 40 umfaßt ein Diaphragma
42, das die obere Kammer 41 von einer unteren Kammer 43 trennt und gleichzeitig
eine wirkeame Steuerung der Große der Austrittsöffnung 44 herbeiführt, die eine
Verbindung zwischen der unteren Kammer 43 mit der freien Atmosphäre herstellt. Die
untere Kammer 43 ist mit dem pneumatischen Arbeitssytem 50 verbunden.
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In diesem besonderen Ausführungsbeispiel bildet das pneumatische Arbeitssystem
50 einen Teil eines Blutdr,uckmeßgerätes. Es umfaßt eine am Arm anzubringende Abschnürmanschette
55 von der üblichen in Fachkreisen bekannten Art. Die Abschnürmanschette 55 ist
zum Zwecke des Aufblasens mit Druckluft ii über das Rückschlagventil 21 und die
Leitung 20 mit der Pumpe 10 verbunden. Bei dem hier betrachteten Blutdruokmeßgerät
wird die Absohnürmanschette 55 um den Arm des Patienten herumgelegt und dann bis
zu einem vorbestimmten Luftdruck
aufgeblasen. An der Verbindungsleitung
zwischen Abschnürmanschette 55 und Pumpe 10 ist ein BlasebaZg 60 angeschlossen,
der beim rreichen eines vorbestimmten Luftdrucks in der Abschnürmanschette 55 den
normalerweise geschlossenen Pumpensteurungskontakt POU öffnet und damit di. Stromzufuhr
zur Luftdruckpumpe 10 unterbricht , daß die Pumpe zu arbeiten aufhört. Der Pumpensteuerungskontakt
PCU führt zu einer Pumpensteuerungseinheit 61, welche die Arbeitsweise der Pumpe
10 überwacht. Diese Pumpenst@uerungseinhett enthält lediglich einige Schalter für
eine weitere Operationssteuerung der Pampe 10.
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Parallel zur Abscnürmanschette 55 ist an die Verunbindungsleitung
zur Pumpe 10 eine Druchanteigevorriohtung 65 angeschlossen. 1. handelt sich hierbei
im wesentlichen um einen Del@@@g smeßstreifen, wie er in der Fnchwelt allgemein
bekannt ist. Die druckanzeigevorrichtung liefert ein elektrisches Signal über die
Größe des herrschenden Luftdrucks an das Blutdruckmeßgerät, das beispielsweise entsprechend
den in der deutschen Anmeldung J 27 553/42d vom 23. Februar 1965 gezeigten Austthrungsbeißpiel
ausgestaltet sein kann. In Figur 1 ist ferner ein Impulstransduktor 70 eingezeichnet,
der im Arbeitssytem 50 in gleicher Weise an die Verbidnungs leitung zur Pumpe 10
angeschlossen ist wie die Abschnürman-@@@@@@@@te 55 und die Durckanziegevorrichtung
65. Ein Ausführungs-, beispiel eines hierfür geeigneten Luftimpustransduktors ist
@@@@@@@@@@@@@@@@lswise im IBN Technical Disclosur Bulletin, Band 6, 7, 7, Dezembrer
1963, S. 57 bis 58, beschrieben. Es s
beiläufig erwähiit, daß die
Druckanzeigevorrichtung 65 und der : Impulstransduktor 70 nicht Tei le der vorliegenden
Erfindung sind; aj e wurden jedoch in der Beschreibung kurz erwähnt, da sie ill
das Blutdruckmeßgerät eingebaut sind, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht.
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Beim Einschalten der Pumpe 10 mit Hilfe der Pumpensteuerung 61 wird
Druckluft den pneumatischen Systemen 25 und 50 zugeführt. Sobald die dem pneumatischen
Arbeitssytem 50 zueführte Luft einen bestimmten, durch die Steuereinrichtng 60 festgelegten
Durck erreicht, werden die Kontakte PCU geöfnet und die Pumpe 10 abgeschaltet. Die
Rückschlagventile ist sind @@ schließen sich, wodurch ein Druckverlust durch Rü@@strömun,
in die Pumpe 10 ## inrhindet ist. Während bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung
die Pumpe 10 beide pneumatischen Systeme 25 und 50 versorgt, so bedeutet diese Anordnung
jed@@@@ keine Notwendigkeit für die Erfindung. Genausogut konnten die pneumatislchen
System 25 und 50 an separate Luftdruck @uellen angeschlossen sein. Es ist t auch
durchaus mögljch, daß g egebenenfals die pneumatischen systeme 25 und 30 mi@@@@
voneinander verschiedenen Luftdruckwerten C L . Lik ,i j iif}0 eaiitscji 1 rden
In det. verliegenden ausführugnsbei speil wird die im Tank 26 unter Druck stenende
Luft jit einer geschwindigkeit von etwa @@@@@@@@@@@@@@@@silbersäurle pro Sekunde
in ihrem Druck herabgese@@@@. Die Druckabnakmegeschwindigkeit im Tank 26 ist natürlich
mit @@@@e des nadelventils 30 regel bar. Der iin Tank
26 herrschende
Luftdruck wirkt gegen das Diaphragma 42 des Sturventils 40, wobei durch die Größe
der Auswölbung des Diaphragmas 42 die effektive Größe der Austrittsöffnung 44, die
zur Kammer 43 gehört, einestellt bzw. gesteuert wird.
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Die in der Abschnürmanschette 55 unter Druck stehende Luft hat eine
direkte pneumatische Ve@indung zur Kammer 43 des Steuerventils 40 und kann durch
die Öffnung 44 in die freie Atmosphare entweichen. Der Luftdruck in der Abschnürmanschette
55 vermindert sich mit konstanter Geschwindigkeit unter der Kontrolle durch den
abnehmenden Luftdruck im Tank 26. Aus Figur 2 ist zu ersehen, daß das Diaphragma
42 gegen die Öffnung 44 durch eine Feder 45 eine Vorspannung erfthrt. Die Feder
45 übt einen leichten Druck auf das Diaphragma 42 aus, um es bei der anfänglichen
Druckzuführung zu den pneumatischen Systemen e5 und 50 gegen die Öffnung 44 zu drücken.
Das hat zur Folge, daß, obwohl die unter Druck stehende Luft in der Abschnürmanschette
55 in ihrem Druck mit konstanter Geschwindigkeit abnimmt, der Druck in der Manschette
55 um einen gewissen Betrag höher sein wird als der Druck im Tank 26, wenn eine
Feder oder ein geeignetes anderes Vorslannungselement zum Andrücken des Diaphragmas
42 gegen die Öffnung 44 benutzt wird. Das in Figur 3 dargestellte Diagramm zeigt
in Abhängigkeit von der Zeit die in den pneumatischen Systemen 25 und 50 stattfindende
Luftdruckänderung. Während des Druckaufbaus in den pneumatischen Systemen 25 und
50 nimmt der Luftdruck linear zu, bis der für das Arbeitssystem 50 vorgesehene Druck
von etwa 300 mm Quecksilbersäule erreicht ist.
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Dieser Druck wird beispielsweise nach 20 Sekunden erreicht. Wie
beschrieben,
wird an dieser Stelle die Pumpe 10 durch den Schalter PCU abgeschaltet. Daraufhin
tritt eine lineare Druck bnahme in beiden pneumatischen Systemen 25 und 50 ein.
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Infolge der Federvorspannung des Diaphragmas 42 ist der Luftdruck
im Arbeitssystem 50 etwas höher als der Luftdruck im Steuersystem 25. Im vorliegenden
Auiführungsbeispiel es Nadelventil 30 und das druck@eg@liergerät 28 so eingestallt,
daß der Luftdruck in den pneumatischen Systemen mach etwa 40 bis 50 Sekunden nach
Abschalten der Pumpe 10 auf den Ausgangswert 0 abgenommen hat.
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Das zur Anwendung gekommene Steuerventil 40 ist in weiteren Einzelheiten
in Fig. 2 dargestellt. Man erkannt die obere Kammer 41 und die untere Kammer 43,
die voneinander durch das Diaphragma 42 getrennt sind. Mit Hilfe der Feder 45 wird
das Diaphragma 42 unter einem nicht allzu großen Druck gegen die in die freie Atmosphäre
führende Öfung 44 gedrückt. Das Steuerventil 40 ist mit seinem oberen Stutzen an
das pneumatische Steuersystem 25 angeschlassen, während die linke Anschlußleitung
von der Kammer 43 zum pneumatischen Arbeitssystem 50 führt. Wenn die vorliegende
Erfindung Anwendung in einem Blutdruckmeßgerät findet, so ist es zweckmäßig, die
Ansprechzeit des Diaphragmas 42 klein zu halten, um nicht die dem abnehmenden Luftdruck
in der Abschnürmanschette 55 überlagerten Luftimpulse zu eliminieren. Man hat gefunden,
daß ein mehrlagiges Gummidiaphragma für diese Zwecke gut geeignet ist.
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Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die im vorangehenden beschriebene
Erfindung eine Vorrichtung zu Überwachung einem mit konstanter Geschwindigkeit sich
abspielenden Luftdruckabnahme in einem pneumatischen System von veränderlichem Vcluiien
betrifft. Im Verlaufe der Beschreibung wurde erlautert, wie ein piieumatisches Steuersystem
rnit'einein unveränderlichen Volumen bekannter Größe eine Luftdruck yeränderung
konus t anten Ausmaßes erfährt, wodurch ein an ein pneumatisches Arbeitssytem von
veranderlichem Volumen angeschlossenes Steuerventil gesteuert wird.
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Patentansprüche :