Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit Infusionspumpe mit einer elektronischen Steuereinrichtung für einen Pumpenantriebsmotor.
Solche Infusionspumpen sind an sich bekannt. Dabei wird üblicherweise der Motor von einem Impulsgenerator über einen Transistorschalter angesteuert. Die Drehzahl des Motors und damit die Vorschubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens sind dann von der Impulsfrequenz des Generators abhängig. Frequenzbestimmender Teil ist meist eine Widerstands-Kondensator-Kombination. Die Frequenz, und damit die Drehzahl des Motors, wird dann durch die Winkelstellung eines Drehwiderstandes angezeigt. Für die stufenweise Grobeinstellung der Frequenz wird die Kapazität des Widerstands-Kondensator-Gliedes umgeschaltet.
In der Praxis kann es nun vorkommen, dass zum Beispiel ein Teil in der Steuerelektronik defekt wird oder ein Kabel oder eine Verbindung bricht und dadurch die Stromversorgung für den Antriebsmotor, meist ein Synchron- oder Schrittmotor, ausfällt oder dass man ganz einfach vergisst, die Pumpe ans Netz anzuschliessen. In all diesen Fällen weisen herkömmliche Infusionspumpen den Nachteil auf, dass man von aussen praktisch nicht feststellen kann, ob das Gerät funktioniert oder nicht, da die in Betracht kommenden Vorschubgeschwindigkeiten zu gering sind, um mit dem Auge festgestellt werden zu können.
Ein Ausfall der Pumpe aus einem der vorstehend erwähnten Gründe könnte einen Patienten unter Umständen schwer gefährden, weshalb es eine Aufgabe dieser Erfindung ist, eine Einrichtung mit einer zuverlässigen Infusionspumpe zu schaffen, die möglichst wenig Fehlerquellen aufweist und unvermeidbare Fehler der erwähnten Art irgendwie signalisiert.
Erfindungsgemäss wird dies durch eine Einrichtung mit Infusionspumpe erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Alarmvorrichtung aufweist, welche an die elektronische Steuereinrichtung und an den Motor angeschlossen und derart ausgebildet ist, dass sie beim Ausfall der Motorbetriebsspannung anspricht.
Zweckmässigerweise ist dabei die Alarmvorrichtung mit einem Schallerzeuger, insbesondere einem Transistorsummer, versehen, welcher von einem Akkumulator gespeist wird, wodurch die Alarmvorrichtung ständig betriebsbereit ist.
Nachfolgend wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Einrichtung mit Infusionspumpe näher beschrieben. Es zeigen: die Fig. I das Blockschaltbild der erfindungsgemässen Ehl- richtung mit Infusionspumpe, die Fig. 2 ein detailliertes Schaltschema derselben, die Fig. 3 eine etwas vereinfachte Darstellung des mechanischen Aufbaus der Infusionspumpe und die Fig. 4 einen Schnitt nach der in der Fig. 3 bezeichneten Linie IV-IV.
In der Fig. 1 folgt auf einen frequenzbestimmenden Impulsgenerator 1 ein Impulsformer und -integrator 2, darauf zwei Frequenzuntersetzer 3a und 3b. Die über den Wechselschalter 28 an die Ausgänge des Impulsformers und -integrators 2 oder eines der Frequenzuntersetzer 3a bzw. 3b angeschlossene Diodenlogik 4 steuert zwei Flip-Flops 5 und 6, welche die Transistorschalter 7a, 7b und 8a, 8b betätigen. Parallel zu einer Wicklung des Schrittmotors 9 ist die Alarmvorrichtung 10 geschaltet, die bei Netzausfall, bei Versagen der Steuerelektronik oder bei Betätigung eines Endschalters Alarm gibt. Anstelle des Schrittmotors könnte auch ein Synchronmotor verwendet werden, jedoch liesse dieser nur eine begrenzte Drehzahlvariation zu, wogegen mit dem Schrittmotor praktisch jede beliebige Drehzahl eingestellt werden kann.
Die Fig. 2 und 2a zeigen eine spezielle Ausführungsform des elektronischen Teils der Erfindung. Der Impulsgenerator 1 arbeitet als Oszillator mit der Unijunction-Diode 11. Frequenzbestimmende Elemente sind dabei der variable Widerstand 12 und der Kondensator 13. Der Widerstand 14 bewirkt eine Strombegrenzung und Temperaturstabilisation.
Die Impulse werden über dem Widerstand 15 abgenommen und über die Diode 16 dem Impulsformer 2 zugeführt. Dort bilden die Transistoren 17 und 18 mit den Widerständen 19.
20, 21 und 22 sowie dem Kondensator 23 einen monostabilen Multivibrator. Der Widerstand 19, der Kondensator 24 und das Amperemeter 25 bilden zusammen den Impulsintegrator. Durch den Widerstand 19 werden Stromimpulse gleichbleibender Form mit einer der Generatorfrequenz entsprechenden Folge an den Kondensator 24 und das Amperemeter 25 geleitet. welche die Impulse integrieren. Die Diode 26 dient zur Temperaturstabilisation der Frequenzanzeige.
Die Rechteckimpulse werden über den Widerstand 27 den Frequenzteilern 3a und 3b zugeführt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich um integrierte Dekadenuntersetzer.
Durch den Wechselschalter 28 können nun entweder die Grundfrequenz oder die um den Faktor 10 resp. 100 unterteilte Frequenz abgegriffen und über die Kondensatoren 31, 32, 33 und 34 sowie über die Diodenlogik 4 den Flip-Flops 5 und 6 zugeführt werden.
Die Diodenlogik 4 besteht aus den Dioden 35, 36, 37 und 38 sowie den Widerständen 39. 40. 41 und 42. Sie bewirkt.
dass je nach den an den Dioden liegenden Vorspannungen durch die vom Impulsgenerator resp. den Frequenzteilern gelieferten positiven Impulse abwechslungsweise der Flip-Flop 5 oder der Flip-Flop 6 umgeschaltet wird. Der Flip-Flop 5 besteht aus den Transistoren 43 und 44 sowie aus den Widerständen 45, 46. 47. 48, 49 und 50. Der Flip-Flop 6 ist gleich wie 5 aufgebaut und besteht aus den Transistoren 51 und 52 sowie aus den Widerständen 53. 54. 55. 56. 57 und 58. Über die Kollektorspannungsteiler 47 und 49 sowie 48 und 50 bzw. 55 und 57 sowie 56 und 58 werden die Transistorschalter 7a und 7b bzw. 8a und 8b, bestehend aus den Transistoren 59 und 60 bzw. 61 und 62. sowie den Dioden 63, 64 bzw.
65, 66, angesteuert. Je ein Ende der Wicklungen des Schrittmotors 9 ist an einem Kollektor der Transistorschalter 7a,
7b und 8a, 8b angeschlossen. nämlich an den Punkten A, B.
C und D. Die anderen Enden der Wicklungen kommen gemeinsam an den Punkt E, so dass der Motorstrom vom Pluspol der Motorstromquelle über E und die Motorwicklungen zu den Punkten A. B, C und D sowie zu den Kollektoren der Schalttransistoren 59, 60, 61 und 62 und über den Schalter 67 zum Minuspol der Motorstromquelle fliesst. Die Dioden 63, 64, 65 und 66 haben die Aufgabe induktive Abschaltspitzen über den Motorwicklungen kurzzuschliessen.
Die Alarmeinrichtung 10 hat zwei Funktionen. Erstens gibt sie Alarm bei Betätigung des Mikroschalters 67. Dadurch wird der Kondensator 13 des Impulsgenerators an
Masse gelegt, wodurch keine Impulse mehr entstehen und somit der Motor stillgelegt ist. Der durch die Motorwicklun gen fliessende Strom kann nun nicht mehr über den Schalter
67, sondern muss über die Diode 68 und den Transistorsum mer 69 zum Minuspol der Stromversorgung fliessen. Der
Transistorsummer 69 gibt dadurch ein akustisches Alarmsig nal. Anstelle des Transistorsummers könnte natürlich auch ir gendein anderer Schallerzeuger eingesetzt werden.
Die zweite Funktion der Alarmeinnchtung 10 besteht in der Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Steuerelektro- nik und der Netzspannung. Dazu werden die Rechteckim pulse über der Motorwicklung A-E durch den Kondensator
71, die Diode 73 und den Widerstand 72 dem Kondensator
74 zugeführt. Dadurch lädt sich dieser auf eine Spannung auf, die positiver ist als diejenige des in der Ermitterleitung des Transistors 78 liegenden Akkumulators 79. Dies führt zur Sperrung des Transistors 78. Falls die Steuerelektronik aus irgendeinem Grund ausfällt, z.
B. auch bei Netzausfall, fehlen die Rechteckimpulse über der Wicklung A-E, der Kon densator 74 wird nicht mehr aufgeladen, sondern entlädt sich über den Widerstand 75 sowie über den Widerstand 76 und die Basis-Emitterstrecke des Transistors 78, so dass die Spannung an der Basis gegenüber derjenigen am Emitter negativ wird. Dadurch wird der pnp-Transistor 78 leitend und somit kann der Strom des Akkumulators 79 über den Transistor 78, den Transistorsummer 69 und den Schalter 67 resp.
die Diode 70 fliessen und Alarm auslösen. Die Batterie 79 wird über den Widerstand 80 an den Pluspol der Ladestromquelle angeschlossen und ist daher dauernd aufgeladen und immer betriebsbereit.
Die Stromversorgung erfolgt durch einen Netzteil 81, wel cher aus dem Netztransformator 82 mit dem Netzschalter 89 und zwei Sekundärwicklungen, den beiden Gleichrichterbrücken 83 und 84, den zwei Ladekondensatoren 85 und 86 und dem Widerstand 87 sowie der Zenerdiode 88 als Stabilisierglieder besteht. Die eine Gleichrichterbrücke 83 liefert den durch den Kondensator 85 geglätteten Betriebsstrom für den Schrittmotor, während die andere Brücke 84 als Ladestromquelle für den Akkumulator 79 fungiert und nach Sta bilisierung durch den Widerstand 87 und die Zenerdiode 88 die gesamte elektronische Einrichtung versorgt.
Der grosse Vorteil dieser Schaltung ergibt sich daraus, dass die frequenzbestimmenden Elemente des Impulsgenerators nicht gleichzeitig zur Anzeige der eingestellten Frequenz herangezogen werden, sondern die Frequenz durch einen dem Generator nachgeschalteten, linear arbeitenden Impulsintegrator angezeigt wird. Selbstverständlich könnte man anstelle eines Impulsgenerators mit dem Amperemeter auch einen digital anzeigenden Impulszähler einsetzen. Man könnte dadurch den Bedienungskomfort noch vergrössern, müsste aber einen etwas grösseren Aufwand in Kauf nehmen. Die Grobeinstellung der Frequenz erfolgt nicht durch Umschalten von frequenzbestimmenden Elementen, sondern durch dem Generator nachgeschaltete Frequenzteiler. Dadurch arbeitet der Impulsgenerator nur in seinem Grundbereich, ohne Umschaltungen für die Grobeinstellung der Frequenz.
Die durch alternde Komponenten im Generator verur sachten Frequenzänderungen können sich also nicht auf die Eichung auswirken und die Frequenzanzeige bzw. Geschwin- digkeitsanzeige erfolgt linear.
Ein Vorteil dieser Schaltung ist es unter anderem auch, dass der Transistorsummer 69 zwei verschiedene Töne abgibt, je nach dem, ob er durch Betätigen des Motorschalters 6i oder durch Ausfall der Motorspannung in Gang gesetzt wird, da in jedem der beiden Fälle eine andere Betriebsspannung an ihm angelegt ist. Dadurch kann die Bedienungsperson auch sofort unterscheiden, ob es sich bloss um eine mechanische Blockierung oder um einen Ausfall der Netzspannung oder der Steuerelektronik handelt.
In den Fig. 3 und 4 ist der mechanische Aufbau der infusionspumpe etwas vereinfacht unter Weglassung der für den Funktionsablauf unwesentlichen Teile dargestellt.
In einem Lager- und Haltebügel 101 sowie in einem Gegenlager 102 ist ein Achsbolzen 103 gelagert und mittels seines erweiterten Kopfendes 103a einerseits und einer Gegenmutter 103b andererseits festgehalten. Über dem Achsbolzen 103 ist eine Gewindespindel 104 koaxial und drehbar angebracht. Sie ist nicht ganz so lange wie der Abstand zwischen dem Lager 101 und dem Gegenlager 102. Am Lagerbü gel 101 ist eine Blattfeder 105 befestigt, die etwas gegen das Gegenlager 102 hin geneigt ist und eine Durchbohrung aufweist, durch welche der Achsbolzen 103 verläuft. Diese Blatt feder 105 drückt gegen die freie Stirnseite der Gewindespindel und sichert diese so gegen axiale Verschiebung.
An dem der Feder zugewandten Ende weist die Gewindespindel 104 ein konzentrisches Ritzel 104a auf, das mit einem weiteren Ritzel 106 in Eingriff steht, welches von einem in dieser Figur nicht dargestellten Motor 9 angetrieben wird.
Das Gewinde 104b der Gewindespindel 104 steht mit einem Kupplungsstück 107 in Eingriff, welches zwei Teile 107a und 107b aufweist und die Verbindung zur Kolbenschubstange 108 herstellt. Die beiden Teile 107a und 107b liegen seitlich an der Gewindespindel auf und werden mittels einer abgefederten Schraube 107c gegeneinander und gegen die Spindeloberfläche gedrückt. Der Teil 107b besitzt eine Nase 107d, welche in das Gewinde eingreift, und ist mittels zweier Schrauben starr mit der Kolbenschubstange 108 verbunden.
Der andere Teil 107a dagegen ist durch nur eine Schraube mit Spiel derart an der Schubstange befestigt, dass er um deren Achse entgegen der Federkraft der abgefederten Schraube 107c verschwenkbar ist.
Umgekehrt ist es dadurch möglich, durch Verschwenken der Schubstange 108 den Teil 107b mit der Nase 107d ausser Eingriff mit dem Gewinde 104b zu bringen, ohne dabei den Kontakt mit der Gewindespindel 104 zu verlieren, da ja dann der Teil 107a noch fest anliegt. Auf diese Weise ist eine rasche Verschiebung der Kolbenschubstange in die gewünschte Ausgangsposition möglich.
Die Schubstange 108 drückt mit ihrer tellerförmig erweiterten Stirnseite auf den Stössel 109 des Kolbens 110, welcher im Druckzylinder 111 verschiebbar gelagert ist. Die Halterung für den Druckzylinder 111 ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
In der Nähe des freien Endes der Blattfeder 105 ist ein Mikroschalter 67 am Lagerbügel 101 angebracht, dessen Betätigungshebel 67a mit dem freien Ende der Blattfeder in Berührung steht.
Falls nun aus irgendeinem Grund, zum Beispiel wegen Erreichen der Endposition oder wegen einer Verstopfung in der an den Druckzylinder anzuschliessenden Leitung, der Kolben und damit die Schubstange 108 bzw. das Kupplungsstück 107 in seiner Längsbewegung blockiert wird, verschiebt sich die Gewindespindel 104 auf den Lagerbügel 101 zu entgegen der Kraft der Blattfeder 105, da sich ja der Motor und somit auch die Spindel 104 weiterdrehen. Dadurch wird das freie Ende der Blattfeder gegen den Betätigungshebel des Mikroschalters 67 gedrückt und letzterer betätigt, wodurch einerseits der Motor abgestellt und andererseits die Alarmvorrichtung in Gang gesetzt wird.
Anstelle der Spindel-Schubstangenkombination lässt sich zum Beispiel auch eine über ein vom Motor angetriebenes Ritzel verschiebbare Zahnstange verwenden, welche mittels einer Feder in Eingriff mit dem Ritzel gehalten wird und zur raschen Verschiebung in die gewünschte Ausgangsstellung entgegen der Kraft dieser Feder ausser Eingriff mit dem Ritzel gebracht werden kann. Der Motor wäre dabei um seine Rotorachse ebenfalls entgegen der Kraft einer weiteren Feder kippbar gelagert. Bei einer Blockierung der Zahnstange würde er dann etwas kippen, wodurch analog wie im zeichnerisch dargestellten Beispiel ein Schalter betätigt würde. Desgleichen gibt es noch weitere Möglichkeiten, die jedoch alle auf dem selben Prinzip der Ausnutzung der gegenläufigen Relativbewegung zwischen treibendem und getriebenen Teil bei einer Blockierung des Kolbenvorschubs beruhen.
Mit der so beschriebenen erfindungsgemässen Einrichtung mit Infusionspumpe wird nicht nur praktisches und zeitsparendes Arbeiten ermöglicht, sondern auch ein Maximum an Sicherheit für den zu behandelnden Patienten erreicht.
Es kann die Infusionsgeschwindigkeit direkt am Amperemeter abgelesen und mit dem durch den Wechselschalter ge wählten Faktor multipliziert werden. Falls sich aus irgendeinem Grunde eine Änderung in den elektronischen Teilen ergeben sollte, wird dies sofort am Messinstrument sichtbar, da die Infusionsgeschwindigkeit ja nicht durch die Einstellung eines Einstellknopfes auf eine Marke sondern durch eine von diesem Knopf unabhängige Messung angezeigt wird. Durch die Anwendung integrierter Schaltkreise als Frequenzuntersetzer ist die Eichgenauigkeit optimal.
Die Alarmeinrichtung ist ständig betriebsbereit, wodurch sich ein weiterer Vorteil ergibt. Es kann zum Beispiel nicht mehr passieren, dass man das Gerät einschaltet, ohne zu bemerken, ob es vorher an das Netz angeschlossen wurde oder nicht. Ein Netzausfall wird sofort angezeigt, und was be sonders hervorzuheben ist, auch ein Defekt in der elektronischen Steuereinrichtung. Dies ist besonders wichtig, da gerade solche Fehler wegen der in Betracht kommenden äusserst langsamen Vorschubgeschwindigkeiten leicht übersehen werden können und deshalb gefährlich sind.
Bei einer Verstopfung der Infustionsleitungen oder bei Er reichen der Endposition des Kolbens oder des Kupplungsteils ertönt ebenfalls ein Alarmsignal.
Schliesslich ist auch die besondere Konstruktion des Kupplungsteils zu erwähnen, die ein problemloses Verschieben der Schubstange längs der Gewindespindel in die gewünschte Position ermöglicht.
Alle die vorgenannten Vorteile bieten die Möglichkeit einer fast automatischen Patientenbetreuung. Ist die Pumpe einmal eingestellt, kann man sie sich selbst überlassen, jede eventuelle Störung würde sofort durch ein Alarmsignal ange- zeigt werden. Dass dadurch Bedienungspersonal eingespart werden kann, liegt auf der Hand.