-
Technisches
Gebiet
-
Die Erfindung betrifft die Technik
von automatischen Sterilisatoren. Insbesondere betrifft die Erfindung
einen automatischen Sterilisator; welcher besonders gestaltet ist
zum Sterilisieren von medizinischen und zahnmedizinischen Instrumenten.
-
Hintergrund
-
Sterilisatoren für medizinische Instrumente des
Standes der Technik können
groß sein,
wie etwa Sterilisatoren, welche in Krankenhäusern verwendet werden, oder
kleiner sein, wie etwa Sterilisatoren, welche gestaltet sind zur
Verwendung in einer Zahnarztpraxis und problemlos auf einen Tisch
passen. Ein Beispiel des letztgenannten Typs ist dargestellt im
US-Patent 5 271 893 (Newman).
-
Die Anforderungen zum Sterilisieren
medizinischer Instrumente sind generell vorgegeben durch Behörden. Daher
bestand die Herausforderung in der Schaffung einer erschwinglichen
Vorrichtung, welche fähig
ist zu einem automatischen Durchführen des vorgeschriebenen Verfahrens
in der kürzestmöglichen
Zeitspanne. Eine Anforderung ist, dass das Instrument, welches zu
sterilisieren ist, gesättigtem Dampf
bei einer vorgeschriebenen Temperatur für eine vorgeschriebene Zeitspanne
ausgesetzt wird. Daher muss der Innenraum des Sterilisators gefüllt werden
mit gesättigtem
Dampf, was bedingt, dass die Luft im Sterilisator schnellstmöglich ersetzt
wird durch gesättigten
Dampf.
-
Das im US-Patent 5 271 893 dargestellte System
beruht auf einer Kanalisierung von einströmendem Dampf zu einem Ende
einer Kassette, während
ermöglicht
wird, dass Luft aus dem anderen Ende strömt, um die Luft herauszuspülen und
sie vollständig
durch den Dampf zu ersetzen.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Ein erfindungsgemäßer Tisch-Sterilisator (desktop
sterilizer) realisiert ein vorgeschriebenes Sterilisierprotokoll
schnell und wirksam. Das System sieht eine Armatur aus extrudiertem
Aluminium vor, welches ein Gehäuse
oder eine Umfassung für
eine tragbare Kassette bildet. Die Wände der Armatur umfassen eine
Vielzahl von Hohlräumen,
welche getrennt sind durch Steganordnungen, so dass die Wände thermisch
bzw. die Wände
isolieren, hochfest gegen eine Verformung während eines Druckaufbaus und
leicht sind. Die entfernbare Kassette kann von verschiedener Art
sein und ist vorzugsweise von der in der kanadischen Patentanmeldung
2,268,042 beschriebenen Art.
-
Das System umfasst ferner einen Dampfgenerator
zum Erzeugen von Dampf durch Sprühen
von Wassertröpfchen
auf ein spiralartiges Heizelement. Die Zufuhr von Wasser zum Dampfgenerator
wird gesteuert in Abhängigkeit
von der Temperatur des Heizelements, und der Dampfgenerator ist
ausgerichtet zum Akzentuieren der Änderungen, um die Empfindlichkeit
der Temperaturmessung zu erhöhen.
-
Die Armatur ist verbunden mit einer
Vakuumpumpe und dem Dampfgenerator, dessen Betrieb gesteuert wird,
um die Kassette zu evakuieren durch ein Vakuum und anschließend zu
versorgen mit gesättigtem
Dampf, in Übereinstimmung
mit einem Verfahren, welches wirksam und effizient dem vorgeschriebenen
Sterilisierungsprotokoll bzw. der Sterilisierungsvorschrift entspricht.
Da die Armatur bei dem bevorzugten Verfahren evakuiert wird, kann
der Sterilisator einem Vakuum ausgesetzt werden, und dennoch eine
Gestaltung aufweisen, welche eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sterilisators.
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Armaturelements des in 1 dargestellten Sterilisators.
-
3 ist
eine aufgebrochene Ansicht der Armatur des Sterilisators von 1, welche eine Kassette
trägt.
-
4 ist
eine perspektivische Ansicht eines Dampfgenerator-Elements des Sterilisators
von 1.
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht des Dampfgenerators von 4, wobei die Oberseite entfernt
ist.
-
6 ist
eine Unteransicht des Dampfgenerators von 4.
-
7a ist
eine Explosionsansicht einer bevorzugten Düse für den Dampfgenerator von 4.
-
7b ist
ein vertikaler Querschnitt der in 7a dargestellten
Düse.
-
8 ist
eine schematische Ansicht der Elemente und Zwischenverbindungen
des Sterilisators von 1.
-
9 ist
eine schematische Ansicht, welche eine Vakuumerzeugung (vacuum draw)
mit Dampf unter Verwendung zweier Wärmetauscher darstellt.
-
Genaue Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
-
Bezugnehmend auf 1, umfasst ein erfindungsgemäßer Sterilisator
ein Gehäuse 2 zum
Tragen einer Vielzahl von Elementen, wie unten genau erläutert. Der
Sterilisator ist derart gestaltet, dass er verhältnismäßig klein ist, beispielsweise
geeignet auf einen Tisch in einer Arztpraxis bzw. Zahnarztpraxis gestellt
werden zu können.
Der dargestellte Sterilisator enthält lediglich eine Kassette,
jedoch könnte
er derart gestaltet sein, dass er mehr als eine Kassette enthält. Die
Kassetten nehmen Instrumente auf, welche zu sterilisieren sind,
und sind vorzugsweise hergestellt aus einem verhältnismäßig dünnen Metall, um Kosten und
Gewicht zu verringern.
-
Der Sterilisator stellt mindestens
einen Hohlraum 4 (Kavität),
zum Aufnehmen einer Kassette, bereit und eine Tür 6 ermöglicht einen
Zugang zum Hohlraum. Die Tür
ist vorzugsweise mittels einer bekannten Scharnierstruktur in einer
derartigen Weise montiert, dass ihre Innenfläche 8, wenn sie sich
in der geöffneten
Position, wie dargestellt, befindet, bündig ist mit der Bodenfläche des
Hohlraums. Diese Anordnung erleichtert eine Einführung und Entfernung der Kassette.
Der Umfang der Hohlraumöffnung
ist ferner versehen mit einer Dichtung 10 zum Ermöglichen
eines Erzeugens eines Vakuums im Hohlraum 4, wie unten
beschrieben. Eine Anzeige 12 ist vorgesehen zur Mitteilung
verschiedener Aspekte des Verfahrens an einen Bediener.
-
Eine bevorzugte Armaturkomponente
des Sterilisators wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
-
Traditionelle Dampfsterilisatoren
verwenden einen zylindrischen Druckkessel zum Aufnehmen sowohl der
zu sterilisierenden Ladung, wie etwa medizinische Instrumente, als
auch des Dampf-Sterilisiermittels. Da der Dampf auf einem erheblichen
Druck gehalten werden muss, um die Temperaturen zu erreichen, welche
nötig sind
für eine
wirksame Sterilisation, erzeugt er eine große Kraft auf die Wände des Druckkessels.
Der Sterilisationskessel muss in der Lage sein, dieser Kraft bei
minimaler Verformung oder Ablenkung standzuhalten, um die Dichtungen richtig
arbeiten zu lassen. Wenn der Kessel zu stark verformt wird, werden
die Dichtungen unwirksam und Dampf tritt aus dem Kessel aus. Selbstverständlich muss
der Kessel auch in der Lage sein, die Gesamtbeanspruchungen aufzunehmen,
welche durch die Kräfte
eines Druckaufbaus entstehen.
-
In dem Kassetten-Autoklaven der Erfindung sind
die Aufnahme-Funktionen des Dampfsterilisiermittels und der Kraft
durch zwei separate Komponenten vorgesehen. Eine Kassette liefert
die Dampfeinschlussfunktion, während
eine Armatur 14, dargestellt in 2, einen Krafteinschluss liefert. Um
eine wirksame Verwendung von Raum zur Aufnahme von Instrumenten
durch die Kassette zu erreichen, sind die Kassette und somit die
Armatur vorzugsweise von rechteckigem Querschnitt.
-
Frühere Ausführungsbeispiele der Armatur (beispielsweise
der im US-Patent 5,271,893 verwendeten) bestanden aus geschweißten Stahlplatten, welche
zum Korrosionsschutz lackiert wurden. Diese Armatur war schwer und
erforderte umfassende Tests, um sicherzustellen, dass die Schweißnähte fehlerfrei
waren. Ferner war die frühere
Armatur nicht derart gestaltet, dass sie druckdicht war, da die
Kassette den Dampf enthielt und keiner Vakuumerzeugung ausgesetzt
war.
-
Die Armatur 14 der vorliegenden
Erfindung ist jedoch einfacher herzustellen, leichter, genauer in ihren
Maßen
und weniger teuer als die frühere
Armatur. Ferner ist sie, während
die Armatur 14 für
den im '893 Patent
beschriebenen herkömmlichen
Kassettensterilisator verwendbar ist, besonders nützlich bei der
vorliegenden Erfindung, da sie druckdicht ist, so dass eine Vakuumerzeugung
im Hohlraum, welcher die Kassette aufnimmt, ermöglicht wird (vacuum withdrawl).
-
Die Armatur 14 ist ein extrudiertes
Profil mit zwei im Abstand befindlichen Wänden 16 und 18,
wobei die Wand 16 ein Gehäuse bzw. eine Umfassung 20 bildet.
Die Wände
sind verbunden durch eine Reihe oder Folge von Rippen 22 bzw.
Stegen, welche so bemessen und angeordnet sind, dass die beiden Wände und
die Rippen die Beanspruchungen wirksam tragen. Die Stege und die
Doppelwand dienen zum Erhöhen
des Widerstandsmoments der Struktur, wodurch die Biegesteifigkeit
erhöht
(bzw. eine Verformung vermindert) wird, ohne das Gewicht wesentlich zu
erhöhen.
-
Die Stege ermöglichen ferner eine Zirkulation
eines Kühl-
bzw. Heizfluids (Luft, Wasser, Dampf, Hydraulikfluidum oder Öl) zwischen
den Wänden,
vorausgesetzt, dass der Extrusionsabschnitt befestigt ist an einem
geeigneten (nicht dargestellten) Verteiler. Ferner ist, da die Armatur
extrudiert ist, die Innenwand druckdicht und kann problemlos von
jeder beliebigen Länge
hergestellt werden.
-
Der Querschnitt des Extrusionsabschnitts
ist rechteckig dargestellt, jedoch ist er nicht auf irgendeine bestimmte
Form beschränkt.
Vorzugsweise folgt der Querschnitt der Kassettengröße und -form
und kann rechteckig, quadratisch, rund, elliptisch oder eine beliebige
andere Form sein. Das Armaturmaterial kann Aluminium, Magnesium,
Titan oder ein beliebiges anderes Material sein, welches extrudiert werden
kann. Bei dem bevorzugten Sterilisator von 1 besteht die Armatur aus Aluminium.
-
3 zeigt
weitere Einzelheiten der Struktur des bevorzugten Sterilisators
zum Tragen einer Kassette 28. Die Armatur 14 ist
montiert im Sterilisatorgehäuse
durch verschiedene Halterungen, welche nicht dargestellt sind. Eine
Rückplatte 24 ist
befestigt an der Rückseite
der Armatur mittels (nicht dargestellter) Schrauben oder Bolzen,
welche durch Durchgangslöcher 26 verlaufen,
und die Armatur ist angebracht am Gehäuse. Die Armatur 14 ist
zur Rückplatte
abgedichtet, etwa durch eine (nicht dargestellte) Dichtung, um einen
abgedichteten Hohlraum zu erhalten, wenn die Tür 6 gegen die Dichtung 10 geschlossen
ist. Der Hohlraum des bevorzugten Sterilisators ist keinem positivem Überdruck
ausgesetzt, was bedeutet, dass die Tür und die Rückplatte nicht in der Lage
sein müssen,
den nach außen
gerichteten Kräften
zu widerstehen. Der Hohlraum des Sterilisators wird evakuiert durch
eine Öffnung 30 während Evakuierungsphasen,
wie unten beschrieben, und dadurch einem Vakuumdruck ausgesetzt.
So werden die Tür
und die Rückplatte
lediglich negativen Überdrücken (Messdrücken) ausgesetzt.
-
Die Tür 6 ist gestaltet,
einer "negativen
Atmosphäre" standzuhalten, und
da die Tür
gegen die Dichtung 10 während
einer Evakuierung des Hohlraums 4 durch einen Druck von
außen
gehalten wird, ist die Hauptanforderung, dass die Tür unter
den durch diesen Druck erzeugten Kräften nicht beult bzw. sich
nicht wölbt.
-
Ein Erwärmen der Kassette ist nötig während des
Sterilisationszyklus, und elektrische Heizplatten 32, welche
jeweils angeordnet sind zwischen der oberen und der unteren Fläche der
Kassette und der Armatur, führen
dies durch.
-
Während
der Sterilisationsphase erzeugt ein zu der Kassette zugeführter Dampf
einen Überdruck. Die
Kassette 28 besteht jedoch aus einem leichtgewichtigen
Material und kann dieser großen
Druckdifferenz nicht standhalten. Daher ist der Hohlraum derart
gestaltet, dass die Armatur 14 der durch diesen Druck erzeugten
Kraft standhält.
-
Der Druck auf die obere und die untere
Fläche
der Kassetten werden übertragen
zur Armatur durch die Heizplatten 32. Die Drücke auf
die Seiten der Kassette werden übertragen
zur Armatur durch die Isolierplatten 34, und der Druck
auf die Rückseite der
Kassette wird übertragen
zur Armatur durch die hintere Isolierplatte 36. Die Isolierplatten
sind angeordnet auf den Seiten des Hohlraums zum Eingriff mit oder
zum Stützen
der Kassette bzw. den verstärkenden
Druckfang- bzw. Prallvorrichtungen auf der Kassette, und die Rückplatte
trägt eine
hintere Isolierplatte zum Eingriff an einer hinteren Druckfang-
bzw. Prallvorrichtung („bumper") der Kassette.
-
Aus der beschriebenen Struktur ist
ersichtlich, dass eine Kassette, wie etwa die in der erwähnten kanadischen
Patentanmeldung beschriebene, leicht eingeführt wird in den Hohlraum durch Öffnen der
Tür und
Hineinschieben der Kassette. Ein Einführen der Kassette führt zu einem
Eingriff von Ventilen auf oder an der Kassette mit (nicht dargestellten) Sensoren
oder Sonden, welche auf der Rückplatte getragen
werden, um das Innere der Kassette mit dem Dampfsystem, welches
unten beschrieben ist, zu verbinden. Ferner erfasst ein magnetisch
ansprechender Reed-Schalter, welcher Teil der Steuerschaltung ist,
eine Einführung
der Kassette.
-
Ein bevorzugter Dampfgenerator zur
Verwendung bei der Erfindung ist dargestellt in 4 bis 6. 4 zeigt ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel des
Dampfgenerators, welches zwei Abschnitte, eine obere tiefgezogene
Kappe 38 und eine untere rostfreie Stahlbasisplatte 40,
umfasst. Die beiden Abschnitte des Dampfgenerators sind miteinander
verbunden unter Verwendung einer Radialstruktur oder eines solchen
Musters von Schrauben 42 und Muttern 44, wobei
eine Dichtung 46 zwischen den beiden Abschnitten angeordnet
ist. Dies ermöglicht
eine leichte Demontage des Dampfgenerators zu Wartungszwecken. Der
erzeugte Dampf wird zu dem System geleitet durch einen Auslass 48 auf
der Kappe. Ein herkömmliches Überdruckventil 50 ist
angebracht auf der Kappe als eine Sicherheitsvorrichtung, um eine
Zerstörung
des Dampfgenerators zu vermeiden.
-
5 zeigt
eine Basisplatten-Teilanordnung. Ein spiralartiges Heizelement 52 ist
montiert auf der Basisplatte 40 und umfasst zwei Anschlüsse 54 und 56,
welche sich nach unten durch die Platte erstrecken. Die Anschlüsse sind
befestigt an der Basisplatte 40 durch eine übliche Einrichtung,
wie etwa durch Schweißen,
um sicherzustellen, dass kein Austreten an der Grenzfläche mit
der Platte auftritt. Der Spulenabschnitt des Heizelements 52 ist
auf die Basisplatte montiert, so dass er sich frei nach außen und
nach oben bewegen kann, wodurch übermäßige Beanspruchungen,
bewirkt durch eine Wärmeausdehnung bzw.
Kontraktion des Elements, vermieden werden. Dies wird erreicht durch
Befestigen einer Stange 58, welche aus rostfreiem Stahl
oder einem ähnlichen Material
besteht, an der Basisplatte durch eine mittige Klammer 60,
welche wiederum befestigt ist an der Basisplatte durch eine Punktschweißung. Die
Stange erstreckt sich über
das Heizelement und hält
es an der Basisplatte, um zu gewährleisten,
dass kein Spalt existiert, zwischen der Unterseite des Heizelements und
der Oberseite der Basisplatte. Dies verhindert ein Festsetzen oder
Einschließen
von Wasser bzw. Dampf zwischen dem Heizelement und der Platte und
ermöglicht
dennoch ein Ausbiegen der Stange zusammen mit dem Heizelement, infolge
einer Wärmeausdehnung.
Ein Thermoelement 62 ist eingeführt durch die Unterseite der
Basisplatte und ist daran befestigt durch eine Druck- oder Rohrverschraubung 64 (siehe 6). Das temperaturfühlende Ende
des Thermoelements ist befestigt an dem Heizelement durch eine übliche Einrichtung,
wie etwa durch Löten. Eine
thermische Sicherung 67, oder ein Thermoschalter, ist angebracht
an der Unterseite der Basisplatte, um ein thermisches Abschalten
zu bewirken, wenn sich das Heizelement überhitzt.
-
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
der Dampfgenerator angebracht auf der Armatur durch eine übliche Einrichtung,
so dass die Heizspule bezüglich
der Horizontalen geneigt ist. Dies erzeugt einen kleinen Bereich
des Elements, welcher außerordentlich
empfindlich gegenüber
einer Änderung des
Wasserniveaus im Innern des Dampfgenerators ist. Wenn das Wasserniveau
in dem geneigten Dampfgenerator infolge einer Dampferzeugung abnimmt,
wird der Bereich des Heizelements, welcher sich etwas höher befindet,
zuerst freigelegt, wodurch ein sprunghafter Anstieg der Temperatur
an diesem Bereich des Heizelements bewirkt wird, wenn dieser zuerst
oder das erste mal freigelegt wird, da zu diesem Zeitpunkt die übrige Spule
mit Wasser bedeckt bleibt. So erhöht ein Anordnen des Thermoelements 62 in
diesem Bereich des Heizelements die Ansprechgeschwindigkeit der
Steuervorrichtung des Systems, wodurch ein Pumpen von Wasser in
den Dampfgenerator bei Bedarf oder auf Anforderung ermöglicht wird.
-
Um eine Dampferzeugung zu erleichtern, zerstäubt eine
Sprühdüse 66,
welche angeordnet ist auf der oberen Mitte des Dampfgenerators,
das Einlasswasser. Die Sprühdüse bricht
die Wassertröpfchen
auf zu einem Nebel, wodurch der Gesamtflächenbereich des Wassers vergrößert und
die Zeit verringert wird, welche benötigt wird, um das Fluid in den
Zustand von gesättigtem
Dampf zu bringen. 7a und 7b zeigen ein bevorzugtes
Sprühdüsen-Ausführungsbeispiel,
bestehend aus einem Schnell-Verbindungsstück 68, welches in
ein Düsenverbindungsstück 70 geschraubt
wird, wobei eine O-Ringdichtung 72 zwischen diesen angeordnet
ist, um eine Undichtheit zu vermeiden. Wasser wird unter Druck zugeführt von
einer Pumpe 74 (siehe 8) zum
Einlass 76 des Akzelerator-Verbindungsstücks und
wandert nach unten durch ein Kreuzloch 78 und somit in
einen spiralartig nach unten verlaufenden Trapezgewindekanal 80 (acme
threaded channel). Ein ähnlicher
spiralartiger Kanal kann vorgesehen sein in anderen Ausführungsbeispielen
dieser Gestaltung. Das Wasser wandert nach unten in einer spiralartigen
Bewegungsbahn, wobei es einen Drehimpuls gewinnt und beschleunigt
und schließlich
in einen konischen Behälter 82 austritt,
welcher zu einer kleinen Öffnung 84 in
dem Düsenverbindungsstück 70 führt. Die
plötzliche
Ausdehnung beim Austreten durch die Öffnung, zusammen mit der Zentrifugalkraft,
bewirkt ein Heraussprühen
des Wassers in dem gewünschten
konischen Sprühmuster,
wobei ein wesentlicher Abschnitt des Heizelements bei Kontakt überdeckt
bzw. abgedeckt wird. Dieses Sprühmuster erleichtert
die Dampferzeugung sehr und liefert gleichzeitig eine gleichmäßige Kühlung des
Heizelements, wodurch die hervorgerufenen Wärmebeanspruchungen im Heizelement
verringert werden. Die Öffnung
bzw. Mündung der
Sprühdüse hat eine
Größe, welche
ein – zu
Zyklusunterbrechungen führendes – Verstopfen
der Düse
verhindert.
-
Der Betrieb des Systems wird nun
beschrieben, in Verbindung mit 8 und 9. 8 zeigt schematisch die Zwischenverbindung
verschiedener Elemente zur Schaffung eines erfindungsgemäßen Sterilisatorsystems. 9 ist eine schematische
Ansicht, welche lediglich einen Funktionsabschnitt des in 8 dargestellten Systems
während
einer Dampf-Vakuumerzeugung darstellt. Das zu beschreibende Verfahren
führt einen
Sterilisationszyklus aus, welcher derzeit vorgeschrieben ist, und
es ist zu erkennen, dass die beschriebene Struktur auf andere Zyklen
angewandt werden könnte
und dass die Grundgedanken des Verfahrens angewandt werden könnten auf
andere Verfahren.
-
Bezugnehmend auf 8, beginnt der Sterilisationszyklus,
wenn eine Kassette 28 vollständig in den Hohlraum 4 eingeführt ist
und die Tür 6 geschlossen
ist. Das Einführen
der Kassette wird durch einen magnetisch betätigten Reed-Schalter 86 erkannt, welcher
sich am Ende des Hohlraums befindet, und ein vollständiges Schließen der
Tür erkennt
ein Türschalter 88,
wobei das Schließen
dieser Schalter zu einer Aktivierung einer Steuerschaltung führt, welche einen
Ablauf des Sterilisationszyklus steuert. Im eingeführten Zustand
ist die Kassette ferner verbunden mit dem zu beschreibenden Ventilsystem,
durch Geber oder Sonden, welche in Kupplungsabschnitte der Kassette
eingreifen.
-
Nach einem vollständigen Einführen der Kassette werden die
Heizplatten 32 aktiviert, welche die Kassette erwärmen und
den Druck im Innern der Kassette erhöhen. Der Abstand zwischen der
oberen und der unteren Heizplatte ist vorzugsweise größer als
die Höhe
einer kalten Kassette, um eine einfache Einführung der Kassette zu ermöglichen,
und eine Ausdehnung der Kassette führt zu einem vollständigen Angreifen
der Kassette an der oberen und der unteren Heizplatte. Wie oben
erwähnt,
umfasst der Hohlraum ferner Isolierplatten, welche in Eingriff mit den
Seiten und der Rückseite
der Kassette stehen, wenn diese vollständig eingeführt ist.
-
Die Heizplatten können gegen die Armatur wärmeisoliert
sein, um den Heizwirkungsgrad zu erhöhen, und die Temperatur der
Heizplatten wird überwacht
durch Thermoelemente 90. Die Temperatur der Heizplatten
wird derart gesteuert, dass sie innerhalb einiger (weniger) Grade
der Sterilisationstemperatur bleibt, welche nötig ist für die zu sterilisierenden besonderen
Instrumente. Ein Steuern der Temperatur der Kassette verhindert
eine Kondensation von Dampf im Innern der Kassette einerseits, und
eine Beschädigung
der zu sterilisierenden Artikel durch Überhitzung andererseits.
-
Die Kassette muss gefüllt werden
mit gesättigtem
Dampf während
der Sterilisationsphase, und die Luft in der Kassette muss zuerst
entfernt werden. Da die Kassette aus einem verhältnismäßig dünnen Material besteht, welches
den durch ein Vakuum erzeugten Kräften nicht standhalten kann,
wird der Hohlraum 4, welcher die Kassette umgibt, gleichzeitig
mit der Kassette evakuiert, wodurch die auf die Kassette wirkende
Druckdifferenz sehr klein ist. In Übereinstimmung mit dem bevorzugten
Betrieb des Sterilisators wird Luft entfernt, durch eine zweistufige Vakuumpumpe 92,
nachdem die Temperatur der Kassette sich in der Nähe der Sterilisationstemperatur
befindet. Diese Vakuumpumpe ist verbunden mit dem System durch eine
geeignete Rohrleitung, wie etwa Norprene®. Im
aktivierten Zustand zieht die Vakuumpumpe Luft aus dem Hohlraum
durch Rückschlag-
oder Sperrventile 94 und 96 und ein Verbindungsstück oder
Passung 98, welches angebracht ist an der Rückplatte 24 und
mit dem Hohlraum durch Öffnung 30 kommuniziert.
Es ist zu erkennen, dass diese Anordnung eine Anwendung von Vakuum
auf den Hohlraum zeitgleich mit einer Anwendung eines Vakuums auf
die Kassette sicherstellt, so dass ein Kollabieren der Kassette
ausgeschlossen ist.
-
Ein Herausziehen (Abziehen) von Luft
aus dem Hohlraum, welcher die Kassette umgibt, ermöglicht eine
kostengünstigere
Kassette, da diese nicht die Festigkeit aufweisen muss, welche nötig ist,
um den aus den Vakuumdrücken
resultierenden Kräften standzuhalten.
Dies verlängert
den Zyklus etwas, da zusätzliche
Luft aus dem Hohlraum herausgezogen werden muss, jedoch wird die
zusätzliche
Zeit minimiert, durch ein Anpassen der Form des Hohlraums an die
Form der Kassette, wodurch das Volumen von aus dem Hohlraum zu entfernender
Luft bei eingeführter
Kassette sehr klein ist. Der Druck im Hohlraum wird vorzugsweise
erfasst durch einen Sensor 100.
-
Die Vakuumpumpe 92 ist verbunden
mit der Kassette in zwei Weisen. Zuerst ist die Pumpe verbunden
mit einem Auslass(anschluss) der Kassette durch eine Sonde 102,
wenn die Kassette vollständig eingeführt ist,
wie beschrieben in der erwähnten
kanadischen Patentanmeldung. Die Sonde ist verbunden mit der Vakuumpumpe über einen
Wasserabscheider 104, ein Vakuumventil 106 und
einen regulären
Wärmetauscher 108.
So evakuiert die Vakuumpumpe die Kassette, wenn die Vakuumpumpe
aktiviert und das Vakuumventil offen ist. Der Auslassanschluss ist
ferner gestaltet oder vorgesehen zum Herausziehen (Abziehen) von
Kondensat aus der Kassette, welches durch den Wasserabscheider 104 entfernt
wird. Ein Druckmessumformer oder ein Druckgeber 110 ist
vorgesehen, zum Messen des Drucks in der Kassette, und ein Thermoelement 111 misst
die Temperatur in der Kassette.
-
Die obige Anordnung ermöglicht eine
Erfassung undichter Stellen (Lecks) in der Kassette, der Sondendichtung
und dem Vakuumventil 106 durch Evakuieren des Hohlraums,
während
das Vakuumventil 106 geschlossen ist. Daher beginnt die
Vakuumerzeugung vorzugsweise (allein) mit einer Verbindung der in
Betrieb befindlichen Vakuumpumpe mit dem Hohlraum. Wenn keine undichten
Stellen erfasst werden, wird das Dampfgeneratorventil 114 und das
Ventil 116 geöffnet,
um Luft aus dem Dampfgenerator 112, dessen Struktur beschrieben
wurde in Verbindung mit 4–6, und der Kassette 128 zu entfernen.
Dieser Vorgang gewährleistet
ferner, dass Luft evakuiert wird aus dem kleineren Wärmetauscher 118,
dem regulären
Wärmetauscher 108 und der
zugehörigen
Rohrleitung.
-
Das Vakuumventil 106 wird
anschließend
geöffnet,
um Luft aus der Kassette herauszuziehen. Selbst bei einem niedrigen
Vakuum verbleibt etwas Luft nach dem ersten Evakuieren übrig. Dementsprechend
wird, wenn das Vakuumniveau das Ziel (Sollwert) erreicht, ein zweiter
Luftentfernungsvorgang (Luftabzug) durchgeführt.
-
Der zweite Luftentfernungsvorgang,
mit Dampf, wird eingeleitet durch Zuführen von Dampf zu der Kassette
zuerst durch Aktivieren des Dampfgenerators 112 und anschließend durch
Betätigen
des Dampfgeneratorventils 114, um ein Strömen des Dampfs
in die Kassette durch einen Dampfeinlass 120 zu ermöglichen.
Gleichzeitig wird das Vakuumventil geschlossen. Wenn der Dampf die
Kassette und die Poren bzw. Hohlräume in den zu sterilisierenden
Instrumenten füllt,
steigt der Druck in der Kassette an. Die Kassette ist dann überwiegend
mit Dampf gefüllt,
jedoch auch mit einer kleinen Restmenge von Luft. Die Luft ist dichter
als der gesättigte
Dampf, und wenn der Druck in der Kassette gerade über den
Atmosphärendruck
ansteigt, wird das Auslassventil 122 geöffnet, um zu ermöglichen,
dass der Dampf die verbleibende Luft durch einen Auslass 124 in
die Atmosphäre
schiebt. Das Ventil 122 wird anschließend wieder geschlossen, wenn
der Kassettendruck auf Atmosphärendruck
abfällt.
-
Nach den Phasen der ersten Vakuumerzeugung
und des ersten Vakuumausgleichs mittels Dampf des Zyklus der Sterilisation
ist ein Großteil
der Luft aus dem System entfernt. Das System ist dann beinahe vollständig gefüllt mit
gesättigtem
Dampf, so dass eine anschließende
Vakuumerzeugung durch die Vakuumpumpe nicht mehr wirksam ist infolge
der Tatsache, dass kein wesentliches Druckgefälle über der Pumpe vorhanden ist,
welches eine Strömung unterstützen würde.
-
Die herkömmliche Einrichtung zur Erzeugung
eines Vakuums unter der obigen Bedingung ist ein Wärmetauscher.
Wenn Dampf den Wärmetauscher
passiert, ändert
dieser seine Phase vom Dampfzustand zum Flüssigzustand, wodurch das Volumen,
welches innerhalb des Systems eingenommen wird, stark verringert
wird. Diese Verringerung des Volumens erzeugt wiederum ein negatives Druckgefälle bzw.
Vakuum innerhalb des Systems, welches die Vakuumerzeugung erleichtert.
-
Um die gesamte Zykluszeit zu verkürzen, sieht
die Erfindung zwei Wärmetauscher-Evakuierungslinien
vor, welche jeweils mit der Kassette, wie dargestellt in 9, verbunden ist. Die erste
dieser Evakuierungslinien umfasst ein Vakuumventil 106, ein
Rückschlag-
oder Sperrventil 94 und einen ersten regulären Wärmetauscher 108.
Die zweite Linie umfasst ein zweites Vakuumventil 116 und
einen zweiten, kleineren Wärmetauscher 118.
Die erste und die zweite Evakuierungsstrecke arbeiten gemäß verschiedenen
Parametern, während
sie zusammenwirken, um die Vakuumerzeugungszeit zu verkürzen. Beispielsweise
kann der reguläre
Wärmetauscher die
zweifache Größe des kleineren
Tauschers aufweisen. Es ist zu erkennen, dass die Vakuumpumpe 92 eine
zweistufige Standardpumpe sein kann, welche derart modifiziert ist,
dass sie einen zweiten Einlass zur zweiten Stufe vorsieht, wie dargestellt.
Die derart zu modifizierende, bevorzugte Pumpe umfasst innere Rückschlag-
oder Sperrventile zwischen den Stufen.
-
Der Betrieb der Dualwärmetauscher-Evakuierungslinie
bei der Vakuumerzeugung ist nachfolgend beschrieben. Zuerst wird
das System wirksam reduziert auf die in 9 dargestellte Ausbildung, durch Schließen des
Dampfgeneratorventils 114, des Lufteinlassventils 128 und
des Auslassventils 122 (siehe 8). Dies trennt den Dampfgenerator 112, das
Luftfilter 126, den Armaturhohlraum 4 und den Auslass 124 vom
System. Dann wird die zweistufige Vakuumpumpe 92 aktiviert,
wobei das Entlüftungsventil 130 nur
momentan oder vorübergehend
geöffnet
ist, um Atmosphärenluft
in den Einlasspfad der Vakuumpumpe zu lassen, jedoch nicht in die
Kassette. Dieser Vorgang hebt jedes Vakuum auf, welches noch innerhalb
der beiden Linien vorhanden sein kann, und ermöglicht den Beginn eines Betriebs
der Pumpe. Es ist zu erkennen, dass die Pumpe nicht zu arbeiten
beginnen könnte,
wenn ein Vakuum in den Linien fortbestehen würde. Sobald die Vakuumpumpe
in Betrieb ist, werden sowohl das Vakuumventil 106 als
auch das zweite Vakuumventil 116 geöffnet, um die beiden Linien
mit der Kassette 28 zu verbinden, wodurch Dampf aus dieser
herausgezogen wird. Der Dampf mit einem Druck P1 tritt durch beide Ventile
gleichzeitig aus der Kassette aus und bewegt sich hin zu den Vakuumpumpen-Einlässen 132 und 134.
-
Dampf, welcher in den regulären Wärmetauscher 108 strömt, wird
gekühlt
durch die Luft, welche durch einen Kühlventilator 136 in
Zirkulation gebracht wird, und kondensiert. Dies erzeugt einen Unterdruck P2
am Ausgang des regulären
Wärmetauschers 108, wobei
P2<P1. Das Dampf/Wassergemisch
mit einem Druck P2 tritt ein in die erste Stufe der zweistufigen Vakuumpumpe 92 und
tritt aus der Pumpe der ersten Stufe bei etwas höherem Druck P3 infolge der
Pumpenwirkung aus.
-
Der Dampf, welcher durch den kleineren Wärmetauscher 118 strömt, wird
gekühlt
durch Luft, welche in Zirkulation gebracht wird durch einen Kühlventilator 138,
und kondensiert ebenfalls. Der durch diese Kondensation erzeugte
Unterdruck verringert den Druck des Gases, welches aus dem zweiten Wärmetauscher
austritt, auf P4, wobei P4<P1.
Der Druck P4 ist größer als
P2, da die Kondensationsmenge und somit der Druckabfall, welcher
im kleineren Wärmetauscher
stattfindet, kleiner ist als derjenige, welcher im größeren Wärmetauscher
stattfindet. Der Druck P4 ist ferner höher als P3, da der Druckanstieg
infolge der Pumpwirkung der ersten Stufe der Vakuumpumpe verhältnismäßig klein
ist.
-
Das Dampf/Wassergemisch mit Druck
P3 mischt sich mit dem Dampf/Wassergemisch mit Druck P4, welches
aus dem zweiten Wärmetauscher austritt,
was zu einem Druck P' führt, wobei
P'>P3. Das Ausgangs-Sperrventil 140 der
ersten Stufe verhindert ein Wiedereintreten des Dampf/Wassergemischs
mit höherem
Druck in die Pumpe der ersten Stufe. Der Druck P' erzeugt ein größeres Druckgefälle (P'>Patm) über
der Vakuumpumpe der zweiten Stufe, wodurch die Vakuumerzeugung der
zweiten Stufe erleichtert und die Geschwindigkeit einer Gesamtvakuumerzeugung
erhöht
wird. Die Einführung der
zweiten Wärmetauscherlinie
ermöglicht
so einen schnelleren Druckabfall infolge einer Phasenänderung
von Dampf zu Wasser über
eine Kondensation und behält
gleichzeitig ein großes
Druckgefälle über der
zweiten Stufe der Vakuumpumpe bei, um eine schnellere Entfernung
des Dampf/Wassergemischs durch die Vakuumpumpe zu ermöglichen.
-
Es ist zu erkennen, dass die duale
Wärmetauscher-Evakuierungslinie,
dargestellt in 9, die Notwendigkeit
zur schnellen Evakuierung von Dampf mit der Notwendigkeit zur Entfernung
von Wasser aus dem System gleichermaßen beachtet, unter Verwendung
eines Teils der potentiellen Energie des im System verbleibenden
Drucks, um eine Entfernung des Wassers zu unterstützen. Das
Ergebnis ist, dass eine einzige Vakuumpumpe wirksamer verwendet werden
kann, was bei einem Tischsystem wichtig ist.
-
Nach der zweiten Vakuumerzeugung
werden der Druck und die Temperatur im Innern der Kassette auf die
Niveaus erhöht,
welche für
eine Sterilisation nötig
sind. Diese Parameter sind vorgegeben durch Vorschriften und können von
Land zu Land variieren. Daher kann der Betrieb der beschriebenen
Vorrichtung angepasst werden, um diesen Standards zu genügen.
-
Ein Druckaufbau wird erreicht durch
Aktivieren des Dampfgenerators 112 zum Erzeugen von Dampf
und Öffnen
des Dampfgeneratorventils 114. Dampf strömt durch
einen Dampfeinlass 120 in die Kassette und spült jeden
Dampf heraus, welcher sich dann in der Kassette befindet. Wenn das
vorbestimmte Druckniveau, welches nötig ist für eine Sterilisation, erreicht
ist, beginnt der Sterilisationszyklus.
-
Die Länge des Sterilisationszyklus
ist abhängig
von dem geltenden oder anzunehmenden Standard. Während einer Sterilisation wird
die Beziehung zwischen dem Druck des Dampfs und seiner Temperatur
durch das Steuersystem genau überwacht.
Eine Steuerung des Sterilisationsdrucks wird vorzugsweise erreicht
durch ein zyklisches Ein- und Ausschalten der Leistung des Heizelements
im Dampfgenerator abhängig
von der durch das Thermoelement 62 erfassten Temperatur.
-
Dampf wird bei Bedarf erzeugt durch
Pumpen von Wasser in den Dampfgenerator, wenn die Temperatur der
Heizspule 52 (dton), erfasst durch
das Thermoelement 62, auf eine vorbestimmte Temperatur
ansteigt. Wie oben erwähnt,
wird aufgrund der Tatsache, dass die Heizspule geneigt ist, ein
kleiner oberer Abschnitt der Heizspule als erstes freigelegt, wenn
das Wasserniveau im Dampfgenerator sinkt, und die Temperatur dieses
Abschnitts steigt rasch an, so dass eine empfindliche Messung des
Zustands des Dampfgenerators ermöglicht
wird. Das Pumpen wird gestoppt, wenn die Temperatur der Heizspule auf
einen vorbestimmten Schwellenwert (dtoff)
absinkt.
-
Die Kassette wird gehalten auf der
vorgeschriebenen Temperatur und dem vorgeschriebenen Druck über die
vorgeschriebene Zeitspanne, welche nötig ist zum Sterilisieren der
Instrumente. Anschließend
wird das Auslassventil 122 geöffnet und derart gesteuert,
dass der Druck in der Kassette mit der durch die gültigen Standards
spezifizierten Geschwindigkeit gelöst bzw. abgelassen wird. Das
Abwasser wird ferner gesammelt in einem (nicht dargestellten) Abwasserbehälter. Gleichzeitig
werden die Heizplatten 32 aktiviert und oberhalb des Siedepunktes
von Wasser für
den Druck im Innern der Kassette gehalten, um eine Bildung von Wasser
in der Kassette zu verhindern, wenn der Druck abfällt.
-
Anschließend wird die Kassette vorbereitet zur
Entfernung und Lagerung der sterilisierten Instrumente, indem zuerst
sichergestellt wird, dass kein Dampf in der Kassette verbleibt.
Dies erfolgt, indem zuerst das Entlüftungsventil 130 vorübergehend
geöffnet
und die Vakuumpumpe 92 aktiviert wird. Anschließend wird
das Entlüftungsventil
geschlossen und das Vakuumventil 106 geöffnet, um den verbleibenden
Dampf aus der Kassette zu ziehen. Während dieses Schritts bleibt
das Ventil 116 geschlossen, und die Heizplatten 32 bleiben
aktiviert, um zu gewährleisten,
dass sich kein Wasser in der Kassette bildet. Folgend auf die Entfernung
des Dampfs wird das Luftventil 128 geöffnet, welches Luft durch das
Filter 126 und in die Kassette zieht. Eine optionale Heizvorrichtung 142 erwärmt diese
Luft, um eine Kondensation zu vermeiden, und die Luft kühlt die
sterilisierten Instrumente über
eine Zeitspanne, welche abhängig ist
von der Sterilisationsladung.
-
Der Sterilisationszyklus ist dann
beendet und das Armaturventil 144 wird geöffnet, um
eine Rückkehr
des Hohlraumdrucks auf Atmosphärendruck
zu ermöglichen.
Anschließend
kann die Tür 6 geöffnet und
die Kassette entfernt werden. Vorzugsweise schließen Ventile
der Kassette, wenn sie von den Sonden im Hohlraum gelöst werden,
wodurch die Kassette gegenüber
der Umgebung isoliert bleibt.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene
elektronische Bauteile und Verfahren verwendet werden können, zur
Realisierung der beschriebenen Verfahren. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind ein Eingabe/Ausgabe-Board und ein Logik-Board (Platine) vorgesehen zum Lesen
der verschiedenen Temperaturen und Drücke, . zum Steuern der Ventile
und Pumpen, wie beschrieben, und zum Anzeigen relevanter Informationen,
wie etwa eines Graphen, welcher den Verlauf oder Fortschritt des
Sterilisationszyklus anzeigt.