DE3923457C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Injizieren von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
Vorrichtungen zum Injizieren von Flüssigkeiten in
Form von Infusionspumpen werden als Schlauchpumpen
oder als Pumpen ohne Schlauch mit besonderer
Förderkammer ausgeführt. In jedem Falle ist das
stetig förderbare Flüssigkeitsvolumen,
verfahrenstechnisch bedingt, begrenzt. Die
Begrenzung ergibt sich bei Schlauchpumpen auch aus
der Länge der Förderstrecke und bei Pumpen mit
besonderer Förderkammer aus dem Volumen derselben.
Es ist damit neben oder nach der Förderung des
begrenzten Volumens ein Nachfüllen dieses Volumens
notwendig.
Soll eine Förderung einer Flüssigkeit mit konstanter
Fließgeschwindigkeit erfolgen, muß ein konstanter
Druck im patientenseitigen Teil des Überleitgerätes
aufrechterhalten werden.
Das nachgefüllte Volumen steht unter hydrostatischem
Druck, der durch die Höhendifferenz zwischen
Flüssigkeitsreservoir und Förderelement bestimmt
ist. Dieser hydrostatische Druck ist bei
bestimmungsgemäßer Anwendung einer Infusionspumpe
immer kleiner als der Flüssigkeitsdruck in
Förderrichtung, also im patientenseitigen Teil des
Überleitgerätes.
Eine Vorrichtung zum Injizieren von Flüssigkeit der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art ist
aus der US-A 35 18 033 bekannt. Durch die Notwendigkeit
des ruckartigen Öffnens und Schließens
des Auslaßventiles ergeben sich Druckschwankungen,
die eine gleichmäßige Förderung behindern.
Bei einer aus der EP-A 00 24 431 bekannten weiteren
ähnlichen Vorrichtung wird eine speziell ausgebildete
Pumpenkammer verwendet, die als Einweg-Pumpenkammer
ausgebildet ist und die zwei sog. flexible
Rollmembran-Pumpenkammern aufweist, die im
unbelasteten Zustand ein vorbestimmtes Volumen
begrenzen, das während des Pumpvorganges von
entsprechend geformten Pumpstößeln vermindert wird.
Um die gewünschte Funktionsweise zu erreichen, weist
diese Vorrichtung zwei Pumpenstößel
sowie ein Einlaßventil und ein Auslaßventil auf.
Ferner ist ein dritter Ventilkolben erforderlich,
der nicht angetrieben ist, sondern sich in
Abhängigkeit von einem Fluiddruck in einer
Druckerfassungskammer der Pumpenkammer bewegt.
Unterstellt man, daß die Forderung nach konstanter
Flußgeschwindigkeit über das verfahrenstechnisch
bedingte endliche Fördervolumen erfüllt ist, ergeben
sich jedoch bei dieser Vorrichtung
Probleme beim Übergang auf das nächste
Fördervolumen. Dieser kritische Zeitpunkt ist immer
dann erreicht, wenn das Einlaßventil dieser
Vorrichtung geschlossen werden muß,
damit das Auslaßventil geöffnet werden kann. Bei
dieser Vorrichtung ist der Übergang von
einer Förderphase zur nächsten Förderphase daher mit
einem temporären Druckabfall im patientenseitigen
Teil des Überleitgerätes verbunden, was eine
Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit, also eine
Verminderung des Förderungsvolumens pro Zeiteinheit,
zur Folge hat. Dies wiederum reduziert die
Genauigkeit der Förderrate insbesondere bei kleinen
Werten und bringt bei kleinen Meßzeiten der
Förderrate hohe Abweichungen mit sich. Dies bedeutet
mit anderen Worten, daß kleine Förderraten über
einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden
müssen, damit überhaupt mit einer akzeptierbaren
Genauigkeit das in der Zeiteinheit geförderte
Sollvolumen erreicht wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung zum Injizieren von Flüssigkeiten
der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art
zu schaffen, die eine äußerst gleichmäßige Förderung
des Mediums bei gleichzeitig geringem apparativem
Aufwand ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale
des Anspruches 1.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird ein
Fördermechanismus einer peristaltikähnlichen
Schlauchpumpe geschaffen, der insgesamt lediglich
vier Stößel benötigt, die den Schlauch gegen die
Druckplatte im Querschnitt verjüngen können, soweit
bis ein Verschluß des Querschnittes erreicht ist.
Hierbei richtet sich der Schlauch durch die
schlaucheigenen Rückstellkräfte bis auf seinen
vollen Querschnitt auf, wenn sich die Stößel von der
Druckplatte wegbewegen.
Zu den besonderen Vorteilen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zählt ein äußerst gleichmäßiges
Fördervolumen pro Zeit, wobei aufgrund der Tatsache,
daß das Auslaßventil als Pumpenstößel ausgebildet
ist, ein Wegfall von Ventilwechselzeiten erreicht
wird. Dies vergleichmäßigt den Fluß des zu pumpenden
Mediums, ohne daß hierfür ein hoher apparativer
Aufwand betrieben werden muß.
Es ergeben sich mithin bei der Betätigung des
Fördermechanismus drei Förderkammern, wobei
lediglich der einlaßseitige Stößel Ventilfunktion
hat.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
Zeichnung nachfolgend näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische, stark vereinfachte
Zeichnung einer möglichen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des
Arbeitszyklus der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Prinzipskizze der Lage der Stößel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung jeweils am
Beginn einer Phase und
Fig. 4 einen der Fig. 3 zugeodneten Phasenplan der
Stößel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine schematisch stark vereinfachte
Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1
zum Injizieren von Flüssigkeit wiedergegeben, die
ein Gehäuse 2 mit einem Aufnahmeraum 3 und einer
Druckplatte 4 aufweist. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung 1 weist ferner einen elastischen
Förderleitungsabschnitt 5 auf, der im Aufnahmeraum 3
angeordnet ist und der einen mit einer nicht näher
dargestellten Zuführleitung verbindbaren Einlaß 6
sowie einen mit einer ebenfalls nicht näher
dargestellten Abführleitung verbindbaren Auslaß 7
aufweist. Im Förderleitungsabschnitt 5 können ein
Absperrabschnitt 8 sowie Förderkammern 9 bis 11 in
noch näher zu beschreibender Art und Weise
ausgebildet werden.
Hierfür weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1
eine Fördereinrichtung 12 auf, die ein Einlaßventil
13 umfaßt, das in Förderrichtung gesehen stromab des
Einlasses 6 angeordnet ist. Ferner ist ein
Auslaßventil 14 stromauf des Auslasses 7 angeordnet.
Dieses Auslaßventil 14 ist jedoch im Gegensatz zu
bisher bekannten Vorrichtungen als Pumpenstößel
ausgebildet, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung
1 zusammen mit einem weiteren ersten und zweiten
Pumpenstößel 15 bzw. 16 insgesamt 3 Pumpenstößel
aufweist, die die Förderkammern 9 bis 11 zyklisch
vergrößern und verkleinern, wobei der erste
Pumpenstößel 15 zwischen dem Einlaßventil 13 und dem
Auslaßventil bzw. Pumpenstößel 14 und der zweite
Pumpenstößel 16 zwischen dem Auslaßventil bzw.
Pumpenstößel 14 und dem Auslaß 7 angeordnet ist.
Zu den besonderen Vorteilen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zählt, daß der Förderleitungsabschnitt
5 als ein einfaches Schlauchsegment ausgebildet ist,
das im durch die Pumpenstößel und das Einlaßventil
unbeaufschlagten Zustand einen durchgehend gleichen
Durchmesser aufweist.
Die Förderkammern 9 bis 11 der erfindungsgemäßen
Vorrichtung werden durch die Wirkung der
Pumpenstößel 14 bis 16 gebildet, die das
Schlauchsegment 5 zusammendrücken, wobei beim
Zurückbewegen der Pumpenstößel weg von der
Druckplatte 4 die somit gebildeten Pumpenkammern
aufgrund der schlaucheigenen Rückstellkräfte wieder
bis zum ursprünglichen Querschnitt des
Schlauchsegmentes 5 vergrößert werden.
Die Bewegung der Pumpenstößel 14 bis 16 sowie des
Einlaßventiles 13 wird durch eine
Antriebseinrichtung 17 bewirkt, die in üblicher Art
und Weise einen Motor 18 mit einer Antriebswelle 19
aufweisen kann, auf der entsprechend der zu
erzeugenden Bewegung und zeitlichen Abfolge der
Bewegung der Stößel geeignet ausgebildete Nocken
angeordnet sein können.
Zur Erläuterung der Funktionsweise der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die sich
unmittelbar aus der Betrachtung der Fig. 2 bis 4
erschließt, wird beispielhaft von folgenden
Voraussetzungen ausgegangen:
Es wird davon ausgegangen, daß die möglichen Bewegungsgeschwindigkeiten der Stößel 13 bis 16 V1 und V2 sind.Die Geschwindigkeit V1 ist dem Stößel bzw. Einlaßventil 13 zugeordnet, während sich Stößel 15 mit V2 schließt und mit V1 öffnet. Die Stößel 14 und 16 öffnen und schließen sich jeweils mit V2, wobei V1 größer sei als V2.
Es wird davon ausgegangen, daß die möglichen Bewegungsgeschwindigkeiten der Stößel 13 bis 16 V1 und V2 sind.Die Geschwindigkeit V1 ist dem Stößel bzw. Einlaßventil 13 zugeordnet, während sich Stößel 15 mit V2 schließt und mit V1 öffnet. Die Stößel 14 und 16 öffnen und schließen sich jeweils mit V2, wobei V1 größer sei als V2.
Unter diesen Voraussetzungen sind die
Phasenbeziehungen gemäß dem in Fig. 4 dargestellten
Phasenplan eingehalten.
Ferner ist bezüglich der Geometrie der Stößel 14 und
16 zu sagen, daß sie die Länge l aufweisen, während
der Stößel 15 die Länge 3l aufweist. Da der Stößel
13 als Einlaßventil ausgebildet ist, hat seine Länge
im Prinzip keinen Einfluß auf die Funktionsweise.
Wie sich aus den Fig. 3 und 4 erschließt, bleibt
der Stößel 15 in Phase I geschlossen. Stößel 13
öffnet sich mit V1 und Stößel 14 bewegt sich mit V2
bis zum Schlauchverschluß in Richtung Druckplatte 4,
während Stößel 16 offen bleibt. Es wird das unter
Stößel 14 befindliche Volumen gefördert.
Mit Phase II beginnt die Förderung des unter dem
Stößel 16 befindlichen Volumenelementes durch
Schließen mit V2. Während dieser Phase wird Stößel
15 mit V1 geöffnet und Stößel 13 mit V1 geschlossen.
Hieraus ergibt sich die Füllung des unter Stößel 15
befindlichen Schlauchvolumens.
In Phase III bewegen sich die Stößel 15, 14 und 16
gleichzeitig und mit gleichen
Geschwindigkeitsbeträgen V2. Stößel 15 bewegt sich
gegen die Druckplatte 4 und Stößel 14 und 16 bewegen
sich gemeinsam von der Druckplatte 4 weg. Stößel 13
bleibt geschlossen. Damit wird wegen der
Längenverhältnisse Stößel 15 zu Stößel 14 bzw.
Stößel 15 zu Stößel 16 wieder ein Volumen
entsprechend unter dem Stößel 14 bzw. Stößel 16
liegenden Volumen gefördert.
Alle Phasen I bis III sind im patientenseitigen Teil
(Druckteil) des Überleitgerätes Förderphasen, wobei
während der Phase I die Füllung vorbereitet und in
Phase II das Füllen der in den Phasen I bis III
geförderten Volumen im Druckteil unter
gleichzeitiger Förderung wie während der Phasen I
und III geschieht. Dadurch wird der zuvor anhand der
gattungsgemäßen Vorrichtung beschriebene Druckabfall
ausgeschlossen, sofern die Bedingungen eingehalten
werden.
Der zuvor beschriebene Phasenablauf gemäß Fig. 3
und 4 entspricht den in Fig. 2 angegebenen
Funktionen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den
Schritten 1, 2a, 2b, 3 und 1.
Claims (7)
1. Vorrichtung (1) zum Injizieren von Flüssigkeit mit einem
Gehäuse (2), das einen Aufnahmeraum (3) und eine Druckplatte
(4) aufweist;
mit einem elastischen Förderleitungsabschnitt (5), der im Aufnahmeraum (3) angeordnet ist, der einen mit einer Zuführleitung verbindbaren Einlaß (6) aufweist, der einen mit einer Abführleitung verbindbaren Auslaß (7) aufweist, und in dem Förderkammern (9-11) ausbildbar sind;
mit einer Fördereinrichtung (12), die ein Einlaßventil (13) in Förderrichtung gesehen stromab des Einlasses (6) aufweist, die ein Auslaßventil (14) stromauf des Auslasses (7) aufweist, und die zumindest einen ersten und einen zweiten Pumpenstößel (15 bzw. 16) aufweist, die die Förderkammern (9-11) zyklisch vergrößern und verkleinern, wobei der erste Pumpenstößel (15) zwischen dem Einlaßventil (13) und dem Auslaßventil (14) und der zweite Pumpenstößel (16) zwischen dem Auslaßventil (14) und dem Auslaß (7) angeordnet ist;
wobei der Förderleitungsabschnitt (5) als Schlauchsegment ausgebildet ist, das im unbeaufschlagten Zustand einen im wesentlichen durchgehend gleichen Durchmesser aufweist; und
wobei die Förderkammern (9-11) durch Zusammendrücken des Schlauchsegmentes (15) mittels der Pumpenstößel (14- 16) und durch danach erfolgendes elastisches Ausdehnen aufgrund der schlaucheigenen Rückstellkräfte bis zum ursprünglichen Querschnitt gebildet werden; dadurch gekennzeichnert, daß das Auslaßventil (14) als weiterer Pumpenstößel ausgebildet ist, der bis zum vollständigen Schließen des entsprechenden Schlauchquerschnittes Förderfunktion hat.
mit einem elastischen Förderleitungsabschnitt (5), der im Aufnahmeraum (3) angeordnet ist, der einen mit einer Zuführleitung verbindbaren Einlaß (6) aufweist, der einen mit einer Abführleitung verbindbaren Auslaß (7) aufweist, und in dem Förderkammern (9-11) ausbildbar sind;
mit einer Fördereinrichtung (12), die ein Einlaßventil (13) in Förderrichtung gesehen stromab des Einlasses (6) aufweist, die ein Auslaßventil (14) stromauf des Auslasses (7) aufweist, und die zumindest einen ersten und einen zweiten Pumpenstößel (15 bzw. 16) aufweist, die die Förderkammern (9-11) zyklisch vergrößern und verkleinern, wobei der erste Pumpenstößel (15) zwischen dem Einlaßventil (13) und dem Auslaßventil (14) und der zweite Pumpenstößel (16) zwischen dem Auslaßventil (14) und dem Auslaß (7) angeordnet ist;
wobei der Förderleitungsabschnitt (5) als Schlauchsegment ausgebildet ist, das im unbeaufschlagten Zustand einen im wesentlichen durchgehend gleichen Durchmesser aufweist; und
wobei die Förderkammern (9-11) durch Zusammendrücken des Schlauchsegmentes (15) mittels der Pumpenstößel (14- 16) und durch danach erfolgendes elastisches Ausdehnen aufgrund der schlaucheigenen Rückstellkräfte bis zum ursprünglichen Querschnitt gebildet werden; dadurch gekennzeichnert, daß das Auslaßventil (14) als weiterer Pumpenstößel ausgebildet ist, der bis zum vollständigen Schließen des entsprechenden Schlauchquerschnittes Förderfunktion hat.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Pumpenstößel (14-16) und
das Einlaßventil (13) zwei unterschiedliche
mögliche Bewegungsgeschwindigkeiten V1, V2 haben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit V1 dem
Einlaßventil (13) zugeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Pumpenstößel (15)
mit der Geschwindigkeit V2 schließt und mit der
anderen Geschwindigkeit V1 öffnet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Pumpenstößel (14, 16) mit der Geschwindigkeit V2
öffnen und schließen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die dem Einlaßventil
(13) zugeordnete Geschwindigkeit V1 größer ist
als die Geschwindigkeit V2.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite
Pumpenstößel (16) sowie das als Pumpenstößel
ausgebildete Auslaßventil (14) die gleiche Länge
(1) haben, während der erste Pumpenstößel (15)
eine dreifach größere Länge (3) aufweist.
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