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Die vorliegende Erfindung betrifft eine medizintechnische oder labortechnische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Medizin- oder labortechnische Vorrichtungen wie jene, welche in der
WO 2010/121819 A1 beschrieben ist, weisen mechanische Elemente auf, welche zwischen wenigstens zwei Stellungen bewegbar sind. Werden die Elemente bewegt, so können sie je nach ihrer Anordnung innerhalb der Vorrichtung genutzt werden, um ein weiteres Bauteil der Vorrichtung oder einer hiermit verbundenen Einrichtung wie einem Blutschlauchsatz, einem Kassettensystem oder einer Blutkassette (auch als Kassettendisposable oder als Einwegkassette bezeichnet) mechanisch zu betätigen. Solche weiteren Bauteile können z. B. Ventile oder Schlauchklemmen sein, welche beitragen, beispielsweise den Fluss von Flüssigkeiten und Gasen, insbesondere medizinischen Flüssigkeiten und Blut, durch Leitungen, Kanäle und Kammern der Blutkassette oder anderweitigen Einrichtungen zu steuern. Derartige mechanische Elemente werden im Folgenden als Aktoren bezeichnet. Werden sie zum Betätigen eines Ventils eingesetzt, so werden sie als Ventilstößel bezeichnet.
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Eine Blutkassette wie hierin beschrieben ist beispielsweise ein Hartteil mit fluidführenden Strukturen und einer Folie. Die Folie verschließt nach ihrer Verpressung, Verklebung oder Verschweißung mit dem Hartteil halbseitig offene Hartteilkanäle und -kammern flüssigkeitsdicht. Die Folie ermöglicht neben der Verschlussfunktion aufgrund ihrer Nachgiebigkeit und dünnen Wandstärke auch das Messen von Parametern wie Temperaturen und Drücken sowie das Betätigen von Ventilen durch die Folie hindurch.
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Aus o. g.
WO 2010/121819 A1 sind Ventile bekannt, die pneumatisch geöffnet und geschlossen werden können, durch Anlegen von Unterdruck oder Überdruck an einen Aktor, welcher seinerseits auf einen Folienabschnitt über dem Hartteil einwirkt. Bekannt sind ferner Aktoren, auf welche mittels Magnet (Hub- oder Drehmagnet) eingewirkt wird, um hierdurch beispielsweise ein Ventil in der geöffneten Stellung zu halten.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, eine weitere medizintechnische oder labortechnische Vorrichtung mit einem Aktor zum Betätigen eines Ventils oder eines anderen Bauteils vorzuschlagen.
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Die Aufgabe kann gelöst werden durch eine medizintechnische oder labortechnische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß wird somit eine medizintechnische oder labortechnische Vorrichtung mit einer Aufnahmevorrichtung für wenigstens einen mechanisch betätigbaren Aktor, welcher optional ein Stößel oder Ventilstößel sein kann, vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist ferner wenigstens einen Aktor, welcher optional ein Stößel oder Ventilstößel sein kann, auf, welcher zumindest abschnittweise von der Aufnahmevorrichtung aufgenommen oder in dieser verschiebbar ist, und welcher angeordnet ist, um bezogen auf die Aufnahmevorrichtung zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten Aktorstellung überführbar zu sein.
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Des Weiteren weist die medizintechnische Vorrichtung wenigstens eine Aktivierungsvorrichtung auf. Die Aktivierungsvorrichtung oder ein anderer Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, weist wenigstens eine Energiespeichervorrichtung auf. Die Energiespeichervorrichtung, welche beispielsweise ausgestaltet ist, um mechanische Energie zu speichern, steht mit dem Aktor in Verbindung oder Kontakt und/oder hält diesen vorzugsweise zumindest in der ersten Aktorstellung unter Spannung oder Vorspannung.
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Die Energiespeichervorrichtung ist vorzugsweise angeordnet, um den Aktor mechanisch aus der ersten Aktorstellung in eine zweite Aktorstellung zu bringen (oder in letzterer zu halten). Die Energiespeichervorrichtung speichert in der ersten Aktorstellung des Aktors vorzugsweise ein erstes Maß an Energie und in der zweiten Aktorstellung vorzugsweise ein zweites Maß an Energie. Das zweite Maß ist kleiner als das erste Maß.
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Der Aktor gilt im Sinne einiger beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als „aktiviert“, wenn er sich in der zweiten Aktorstellung befindet, in welcher er beispielsweise ein Ventil schließt. Von der zweiten Aktorstellung zu unterscheiden ist die erste Aktorstellung, in welcher der Aktor beispielsweise, um im Bild zu bleiben, das Ventil nicht schließt, wobei die vorliegende Erfindung keinesfalls auf das Betätigen von Ventilen, und noch weniger auf das Betätigen von Ventilen, welche Teil einer hierin beschriebenen Blutkassette sind. Auch das Vorsehen des Aktors zum Betätigen eines anderen Bauteils als eines Ventils oder eines Blutkassettenventils ist von der vorliegenden Erfindung umfasst. Zu solchen anderen Bauteilen können Schlauchklemmen zählen, beispielsweise eine arterielle und/oder eine venöse Schlauchklemme, mittels welcher der Fluss durch den arteriellen Leitungsabschnitt bzw. den venösen Leitungsabschnitt, insbesondere wie hierin beschrieben, unterbunden werden kann. Trotz der vorstehenden Erläuterung ist die vorliegende Erfindung im Folgenden schwerpunktmäßig mit Bezug auf ein Ventil und insbesondere mit Bezug auf ein Ventil einer Blutkassette beschrieben. Da die vorliegende Erfindung hierauf jedoch nicht beschränkt werden soll, gilt das mit Bezug zu Ventilen hierin Gesagte stets dann, wenn der Fachmann keinen technischen Widerspruch erkennt, auch für andere Bauteile, die mittels Aktor betätigt werden.
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So wie der Übergang von der ersten Aktorstellung in die zweite Aktorstellung hierin vorzugsweise auch als „Aktivierung des Aktors“ bezeichnet wird, wird der Übergang von der zweiten Aktorstellung in die erste Aktorstellung hierin vorzugsweise als „Deaktivierung des Aktors“ bezeichnet.
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Bei allen folgenden Ausführungen ist der Gebrauch des Ausdrucks „kann sein“ bzw. „kann haben“ usw. synonym zu „ist vorzugsweise“ bzw. „hat vorzugsweise“ usw. zu verstehen und soll eine erfindungsgemäße Ausführungsform erläutern.
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Wann immer hierin Zahlenworte genannt werden, so versteht der Fachmann diese als Angabe einer zahlenmäßig unteren Grenze. Sofern dies zu keinem für den Fachmann erkennbaren Widerspruch führt, liest der Fachmann daher beispielsweise bei der Angabe „ein“ oder „einem“ stets „wenigstens ein“ oder „wenigstens einem“ mit. Dieses Verständnis ist ebenso von der vorliegenden Erfindung mit umfasst wie die Auslegung, dass ein Zahlenwort wie beispielsweise „ein“ alternativ als „genau ein“ gemeint sein kann, wo immer dies für den Fachmann erkennbar technisch möglich ist. Beides ist von der vorliegenden Erfindung umfasst und gilt für alle hierin verwendeten Zahlenworte.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen.
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Erfindungsgemäße Ausführungsformen können eines oder mehrere der oben und/oder im Folgenden genannten Merkmale in beliebiger Kombination aufweisen.
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In bestimmten erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen können die erste und die zweite Aktorstellung jeweils eine Endstellung des Aktors sein, welche gemeinsam die maximale Längsverschiebbarkeit des Aktors begrenzen.
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In einigen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen sind die erste bzw. die zweite Aktorstellung eine „Ventil offen“-Stellung bzw. eine „Ventil geschlossen“-Stellung. Alternativ sind die erste bzw. die zweite Aktorstellung eine „Klemme offen“-Stellung bzw. eine „Klemme geschlossen“-Stellung. Die Klemme kann eine Schlauchklemme sein.
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In bestimmten erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen weist die Aktivierungsvorrichtung die Energiespeichervorrichtung und rein optional ferner einen Elektromotor (ggf. mit Kupplung) auf oder besteht hieraus.
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In einigen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen ist die Aktivierungsvorrichtung nicht ausgestaltet und/oder angeordnet, um pneumatisch, induktiv oder magnetisch auf den Aktor einzuwirken.
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In manchen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung ist die Aufnahmevorrichtung eine Aktorplatte.
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In einigen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung ist der Aktor vorzugsweise angeordnet, um in der ersten Aktorstellung nicht aus einer Ebene oder Oberfläche der Aufnahmevorrichtung hervorzustehen oder um weniger aus der Aufnahmevorrichtung hervorzustehen als in der zweiten Aktorstellung.
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In gewissen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung ist die Energiespeichervorrichtung ein Federelement, z. B. eine Druckfeder, beispielsweise eine Spiralfeder.
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In bestimmten erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung ist der Aktor angeordnet, um mittels der Energiespeichervorrichtung, und vorzugsweise ausschließlich oder zumindest phasenweise ausschließlich mittels der Energiespeichervorrichtung, von der ersten in die zweite Aktorstellung überführt zu werden.
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In manchen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen weist die Vorrichtung eine Blutkassette auf oder ist mit dieser verbunden, wobei die Blutkassette wenigstens einen Ventilabschnitt eines Ventils aufweist und das Ventil eine geschlossene Ventilstellung und eine geöffnete Ventilstellung einnehmen kann.
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In gewissen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen weist die Vorrichtung einen Blutschlauchsatz auf oder ist mit diesem verbunden, wobei der Blutschlauchsatz wenigstens einen Schlauchklemmenabschnitt aufweist und die Schlauchklemme eine geschlossene Klemmstellung und eine geöffnete Klemmstellung einnehmen kann.
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In einigen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung ist der Aktor, welcher ein Ventilaktor oder -stößel sein kann, angeordnet, um im Gebrauch der Vorrichtung in der zweiten Aktorstellung, vorzugsweise nicht aber in der ersten Aktorstellung, Druck auf den Ventilabschnitt des Ventils derart aufzubringen, dass das Ventil in die geschlossene Ventilstellung überführt oder in der geschlossen Ventilstellung gehalten wird. Alternativ kann der Aktor ein Schlauchklemmenaktor sein, welcher die Schlauchklemme (oder Klemme allgemein) in die geschlossene Schlauchklemmenstellung überführt oder in der geschlossen Schlauchklemmenstellung hält.
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In gewissen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung stützt sich die Energiespeichervorrichtung ab an einem ersten Widerlager oder Bereich, welcher Teil oder Absatz des Aktors ist, und an einem zweiten Widerlager oder Bereich, welcher Teil der Aufnahmevorrichtung oder eines anderen Abschnitts der Vorrichtung ist.
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In bestimmten erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen weist die Vorrichtung oder Aufnahmevorrichtung einen Haltemechanismus auf, mittels welcher der Aktor auch gegen die Rückstellwirkung der Energiespeichervorrichtung in der ersten Aktorstellung gehalten wird. Dies bedeutet, dass bei Lösen der durch den Haltemechanismus bewirkten Sperre oder durch das Lösen des durch den Haltemechanismus bewirkten Haltens die Energiespeichervorrichtung den Aktor in die zweite Stellung überführt, insbesondere ohne weiteres Zutun oder weitere Zufuhr von Energie, welche nicht von der Energiespeichervorrichtung stammt. Der Haltemechanismus kann optional eine Steigung oder Vertiefung des ersten Abschnitts des Kurvenabschnitts sein.
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In manchen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung ist der Aktor um seine Längsachse drehbar und zugleich entlang der Längsachse verschiebbar in der Aufnahmevorrichtung oder einem anderen Abschnitt der Vorrichtung aufgenommen.
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Dabei weist die Aufnahmevorrichtung oder der andere Abschnitt der Vorrichtung in bestimmten erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen wenigstens einen Kurvenabschnitt auf, und der Aktor weist wenigstens ein Führungselement, z. B. Vorsprung, Rad mit Lager, Rollen, oder Zapfen, jeweils radial vorstehend, auf. Das Führungselement wird bei Drehung des Aktors um dessen Längsachse in Kontakt mit dem Kurvenabschnitt am Kurvenabschnitt entlang geführt oder gleitet mit dem Führungselement an diesem entlang. Der Kontakt kann dabei optional durch die Energiespeichervorrichtung erzielt und/oder aufrecht erhalten werden.
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In einigen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen ist der Kurvenabschnitt eine Kulisse, eine Kurvenscheibe oder eine Steuerkurve.
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In gewissen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen dient der Kurvenabschnitt dem Verdrehen, leitet dieses ein und/oder bewirkt dieses gemeinsam mit der Energiespeichervorrichtung.
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In einigen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen dient der Kurvenabschnitt dem Verschieben des Aktors in dessen Längsrichtung oder erlaubt dieses, wenn der Aktor in Kontakt mit dem Kurvenabschnitt um seine Längsachse gedreht wird, oder bewirkt ein solches Verschieben.
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In bestimmten erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen ist der Kurvenabschnitt Teil der Mantelfläche oder Stirnfläche der Aufnahmevorrichtung oder des anderen Abschnitts der Vorrichtung, beispielsweise eines Gehäuseabschnitts.
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In einigen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen liegt der Kurvenabschnitt einer äußeren Umfangsfläche des Aktors oder einem Abschnitt der Umfangsfläche an.
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In manchen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen ist der Aktor, zumindest im Bereich des Kurvenabschnitts, kreisförmig oder rohrförmig im Querschnitt oder hat einen runden Querschnitt.
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In gewissen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung weist der Kurvenabschnitt wenigstens einen ersten Abschnitt auf, welcher, wenn in Kontakt und/oder Wechselwirkung mit dem Führungselement des Aktors, den Aktor gegen die Wirkung der Energiespeichervorrichtung in der ersten Aktorstellung hält. Der erste Abschnitt kann hier als Haltemechanismus dienen oder Teil hiervon sein.
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In bestimmten erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen weist der erste Abschnitt des Kurvenabschnitts eine Gegensteigung oder eine Vertiefung auf und/oder bewirkt eine Keilwirkung, eine Selbsthemmung und/oder eine stabile Endlage des Führungselements im oder am ersten Abschnitt. Unter einer Gegensteigung wird in diesem Zusammenhang eine Steigung verstanden, welche der Steigung eines drittens Abschnitts, siehe unten, beispielsweise bezogen auf die Längsachse des Aktors oder den Verschiebeweg, entgegengerichtet ist. Zur Erläuterung wird auch auf 3a verwiesen.
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In manchen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen verhindert oder begrenzt der Kurvenabschnitt im Zusammenwirken mit dem Führungselement des Aktors eine Längsverschieblichkeit des Aktors relativ zur Aufnahmevorrichtung in zumindest einer Richtung entlang der Längsachse des Aktors. Dies gilt insbesondere, solange der Aktor sich nicht dreht oder am Drehen gehindert wird.
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In einigen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung weist der Kurvenabschnitt wenigstens einen dritten Abschnitt auf, welcher keine Steigung, keine Gegensteigung und/oder keine positive Steigung des Kurvenabschnitts bezogen auf die Querachse oder den Querschnitt des Aktors oder dessen abgewickelte Umfangsrichtung aufweist.
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In gewissen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung weist der Kurvenabschnitt wenigstens einen dritten Abschnitt auf, welcher, wenn in Kontakt und/oder Wechselwirkung mit dem Führungselement des Aktors, denselben unterstützt durch die Wirkung der Energiespeichervorrichtung in der zweiten Aktorstellung hält.
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In manchen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen der Vorrichtung weist der Kurvenabschnitt wenigstens einen zweiten Abschnitt auf, welcher zwischen dem ersten und dem dritten Abschnitt vorgesehen ist und eine Steigung ungleich 0° sowohl bezogen auf die Längsachse als auch auf die Querachse des Aktors aufweist.
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Unter dem ersten, zweiten und/oder dritten Abschnitt kann in gewissen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen erfindungsgemäß eine erste, zweite bzw. dritte Oberfläche des Kurvenabschnitts verstanden werden, beispielsweise jeweils jene Fläche oder Oberfläche, welche bei Aktivierung oder Deaktivierung des Aktors, also bei der Drehung um seine Längsachse, in Kontakt mit dessen Führungselement steht.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, dass der Kurvenabschnitt jede beliebige Kombination von erstem, zweitem und/oder drittem Abschnitt aufweist. Der Kurvenabschnitt kann somit ungeachtet der Benennung der einzelnen Abschnitte hierin auch nur beispielsweise den ersten und zweiten oder den ersten und dritten Abschnitt aufweisten.
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In einigen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen ist die Vorrichtung als Blutbehandlungsvorrichtung oder Dialysevorrichtung, Hämodialysevorrichtung, Filtrationsvorrichtung, Diafiltrationsvorrichtung, Hämodialfiltrationsvorrichtung oder dergleichen ausgestaltet.
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In gewissen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen ist die Vorrichtung mit einer Deaktivierungsvorrichtung zum Überführen des Aktors von der zweiten Aktorstellung in die erste Aktorstellung und/oder zum Rotieren des Aktors um zumindest ein paar Winkelgrade seiner Längsachse ausgestattet. Dabei kann die Deaktivierungvorrichtung einen elektrischen Antrieb haben oder ein elektrischer Antrieb oder Elektromotor sein. Der Elektromotor kann somit erfindungsgemäß sowohl als Teil der Aktivierungsvorrichtung als auch als Deaktivierungsvorrichtung zum Einsatz kommen.
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In bestimmten erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen ist die Vorrichtung mit einer Kondensatorschaltung oder einer Spannungspeichereinrichtung ausgestattet. Diese ist zum Vorhalten des von der Aktivierungsvorrichtung zum Überführen des Aktors von der zweiten Aktorstellung in die erste Aktorstellung oder zum Bewirken dieses Übergangs benötigten Stroms vorgesehen.
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In manchen erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsformen weist die Blutkassette einen Hartkörper und eine den Hartkörper oder Teile hiervon abdeckende Folie auf. Dabei ist der Ventilsitz im Hartkörper vorgesehen. Das Ventil ist angeordnet, um mittels Druck oder Verschiebung eines Aktors der Vorrichtung auf die Folie in die zweite geschlossene Ventilstellung übergeführt zu werden.
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In einer beispielhaften, erfindungsgemäßen Ausführungsform öffnet ein Elektromotor ein durch den Aktor betätigtes Ventil durch Drehen des Aktors um dessen eigene Achse. Dabei wird z. B. über zwei Kugellager (oder Gleitlager oder ähnliches) und einen Kurvenabschnitt (z. B. eine Kurvenscheibe) die mittels Elektromotor eingeleitete Rotation in eine axiale Bewegung des Aktors, hier exemplarisch eines Ventilstößels, umgesetzt. Dabei wird die Energiespeichervorrichtung, beispielsweise eine Spiralfeder, mit Energie geladen, etwa durch Spannen der Spiralfeder. Hierbei ist der Kurvenabschnitt als Kurvenscheibe so ausgeformt, dass sich der Aktor aus der ersten Aktorstellung, welche eine Endposition sein kann, nicht von selbst wieder zurückdrehen kann. Dies kann erreicht werden, indem der erste Abschnitt des Kurvenabschnitts eine Plattform ist (mit einem Verlauf, der in einer Projektion senkrecht zur Längsachse des Aktors und oder parallel zur Querachse des Aktors steht) oder eine Gegensteigung (also eine Steigung entgegen jener des zweiten Abschnitts) aufweist.
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Erfindungsgemäß ist es aber auch möglich, dass der erste Abschnitt des Kurvenabschnitts eine, vorzugsweise sehr geringe, Steigung aufweist. Der Aktor kann dabei unter einem geringen Anzugsmoment des Elektromotors und entsprechend kleinem Energieverbrauch in der ersten Aktorstellung gehalten werden.
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Um den Aktor aus der ersten Aktorstellung in die zweite Aktorstellung zu überführen und beispielsweise ein Ventil (oder die Klemme oder Schlauchklemme oder das weitere Bauteil) zu schließen ist bei einer Gegensteigung oder Plattform im Bereich des ersten Abschnitts nur ein kurzer Spannungsimpuls nötig, da es ausreicht, das System aus der stabilen Endlage heraus zu bewegen. Die restliche Energie für die Rückbewegung in die zweite Aktorstellung, in der das Ventil geschlossen ist, wird von der Energiespeichervorrichtung, etwa einer Rückstellfeder, bereitgestellt. Somit ist der Aktor in den beiden Ventilpositionen (auf und zu) spannungsfrei oder nahezu spannungsfrei, sowie elektrische Spannung gemeint ist.
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Um das Ventil (oder die Klemme oder Schlauchklemme oder das weitere Bauteil) bei Gegensteigung oder Plattform auch bei einem Stromausfall in die geschlossene Ventilstellung (sicherer Zustand) bringen zu können, kann zusätzlich ein Kondensator aufgeladen und in umgekehrter Polung über einen Transistor mit dem Motor verbunden sein. Wenn in dieser beispielhaften Ausführungsform die Spannung des Systems abfällt verbindet der Transitor den Kondensator mit dem Elektromotor. Dieser bewegt den Aktor aus der ersten Aktorstellung heraus, und das Ventil schließt sich selbstständig.
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Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einen oder mehrere der hierin genannten Vorteile aufweisen, zu welchen auch die folgenden gehören.
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So kann in bestimmten Ausführungsformen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung – gemessen am o. g. Stand der Technik – Energie eingespart werden. Denn anders als etwa bei den o. g. magnetisch offen gehaltenen Ventilen, Schlauchklemmen oder dergleichen ist jedenfalls nach einer erfolgten Deaktivierung des Aktors keine Energie von Nöten, um den Aktor in der gegenwärtigen Stellung (und beispielsweise das Ventil oder die Schlauchklemme in der geöffneten Stellung) zu halten. Auch das Aktivieren des Aktors, also sein Überführen in die zweite Stellung, bedarf erfindungsgemäß nicht in jedem Fall extern zugeführter Energie. Hierzu kann die mittels Energiespeichervorrichtung, z. B. eine Feder, gespeicherte Energie ausreichen. Selbst ein initiales Aufbringen von elektrischer Energie beim Aktivieren des Aktors mittels Elektromotor, beispielsweise zum Lösen des Führungselements aus der Vertiefung oder der Plattform des ersten Abschnitts des Kurvenabschnitts bevor die Energiespeichervorrichtung die eigentliche Arbeit der Aktivierung übernimmt, erfordert nur geringen Stromverbrauch. Insbesondere ist hierzu aber keine dauerhafte Aufbringung von elektrischer Energie erforderlich. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass keine oder fast keine Energie in den beiden Positionen des Aktors und/oder Ventils verbraucht wird, und dass der Energieverbrauch beim Schaltvorgang des Aktors und/oder beim Öffnen oder Schließen des Ventils deutlich verringert ist gegenüber dem Stand der Technik.
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Ferner können in einigen Ausführungsformen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung – gemessen am o. g. Stand der Technik – Bauteile, und insbesondere komplexe oder aufwändig zu überwachende Bauteile eingespart werden. So ist es erfindungsgemäß nicht nötig, die für einen pneumatisch betriebenen Ventil- oder Schlauchklemmenaktor stets erforderliche, ausreichende Druck- und Unterdruckversorgung vorzuhalten, welche kosten- und wartungsintensiv sein kann.
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Durch Verzicht beispielsweise auf pneumatische Bauteile, was erfindungsgemäß vorteilhaft möglich ist, kann die Betätigung der Aktoren vorteilhaft wesentlich leiser erfolgen als dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dies erhöht den Komfort für Personal und Patient beim Einsatz der Vorrichtung.
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Ein wichtiger Vorteil besteht ferner darin, dass ein selbständiges Schließen beispielsweise eines Ventils oder einer Schlauchklemme oder dergleichen mittels des Aktors selbst bei Stromausfall zuverlässig möglich ist. Dies dient der erhöhten Sicherheit für den Vorgang selbst und/oder für den Patienten.
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Das Vorsehen eines Kurvenabschnitts ist ebenfalls vorteilhaft, da mittels der Kurvenscheibe auf einfache, energiesparende Weise Rotationsbewegung bei Vorspannung durch beispielsweise eine Feder in Längsverschiebung erzeugt werden kann. Durch Vorsehen bestimmter Steigungen des Kurvenabschnitts zum Erzielen beispielsweise von verschiedenen Zuständen des Ventils, der Schlauchklemme oder dergleichen (offen, geschlossen, weder noch) ist es auf einfache Weise möglich, das Übersetzungsverhältnis und damit ggf. auch den Energieverbrauch einzustellen.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung, in welcher identische Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen, exemplarisch erläutert. In den zum Teil stark vereinfachten Figuren gilt:
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1 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Aktor in einer ersten erfindungsgemäßen beispielhaften Ausführungsform;
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2 zeigt schematisch vereinfacht eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten, beispielhaften Ausführungsform;
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3 zeigt schematisch vereinfacht einen abgewickelten Kurvenabschnitt der Vorrichtung in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3a zeigt eine vereinfachte Darstellung der Steigungsverhältnisse aus 3; und
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4 zeigt eine erfindungsgemäße, beispielhafte elektrische Schaltung für einen Elektromotor zum Drehen des Aktors der Vorrichtung um dessen Längsachse.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 mit einem Aktor oder Stößel 200 in einer ersten erfindungsgemäßen, beispielhaften Ausführungsform, welche rein exemplarisch ein Ventil betrifft.
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Aktor 200 weist eine Längsachse L auf und ist entlang dieser durch einen Abschnitt einer Aufnahmevorrichtung 101 der Vorrichtung 1000 hindurch gesteckt. Sowohl der Abschnitt als auch der Aktor 200 haben in der hier gezeigten Ausführungsform einen runden Querschnitt.
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An seinem in 1 unteren Ende 201 ist der Aktor 200 ausgestaltet, um als Ventilstößel auf einen Ventilabschnitt 301 eines Ventils 303 einer Blutkassette 300 durch Aufbringen von Druck einzuwirken. Der Ventilabschnitt 301 ist Teil eines Stegs 305 eines Hartteils der Blutkassette 300. Über dem Steg 305 liegt eine flexible Folie 307 der Blutkassette, welche über weite Strecken, nicht aber im Bereich des Ventils 303 mit dem Steg 305 fest verbunden ist.
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Der Aktor 200 weist ein erstes Widerlager 203 als Anschlag für eine hier rein exemplarisch als Federelement ausgestaltete Energiespeichervorrichtung 207. Die Energiespeichervorrichtung 207 kann in dieser Ausführungsform allein oder, optional, zusammen mit einem weiter unten beschrieben elektrischen Antrieb 113 als Aktivierungsvorrichtung verstanden werden, denn mittels der Energiespeichervorrichtung 207 und ggf. anfänglich unterstützt durch den elektrischen Antrieb 113, wird der Aktor 200 aktiviert, d. h. von der in 1 gezeigten ersten Aktorstellung in die zweite Aktorstellung übergeführt und damit aktiviert.
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Der Aktor 200 weist ein zweites Widerlager 103 auf, welches wie schon das erste Widerlager 203 als Anschlag für das Federelement dient. Das Federelement ist somit in der in 1 gezeigten ersten Aktorstellung zwischen dem ersten Widerlager 203 und dem zweiten Widerlager 103 vorgespannt. Das Federelement ist aufgrund seiner Anordnung und Vorspannung bestrebt, den Aktor 200 in einer Richtung nach unten (bezogen auf 1) in Richtung Ventilabschnitt 301 zu verschieben, also zu aktivieren.
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Die Aufnahmevorrichtung 101 weist wenigstens einen Kurvenabschnitt 105 auf, welcher wiederum einen ersten Abschnitt 105a, einen zweiten Abschnitt 105b und einen dritten Abschnitt 105c aufweist.
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Der Aktor 200 ist in einem inneren Bereich der Aufnahmevorrichtung 101 und relativ zu diesem drehbar in letzterem gelagert oder angeordnet.
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Der Aktor 200 weist ein Führungselement 209 auf, welches hier rein exemplarisch als Laufrad 209a ausgestaltet ist oder dieses wiederum aufweist.
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In 1 ist der Aktor 200 in der ersten Aktorstellung gezeigt, in welcher er das Ventil 303 nicht schließt, weshalb das Ventil 303 in 1 in der offenen Ventilstellung gezeigt ist. In der offenen Ventilstellung kann Fluid zwischen dem Steg 305 des Hartteils der Blutkassette 300, welcher im Bereich des Ventils 303 zur Folie 307 unter einem Abstand beabstandet und mit der Folie 307 folglich nicht fest verbunden ist, in einer Richtung in die Zeichenebene hinein oder aus dieser heraus strömen kann.
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An seinem oberen Ende ist der Aktor 200 geschnitten gezeigt. Dieses Ende kann mit einer Kupplung verbunden sein, über welche ein Drehmoment in den Aktor 200 eingeleitet werden kann. Eingebrachtes Drehmoment kann den Aktor 200 derart drehen, dass sich das Laufrad 209a entlang des ersten Abschnitts 105a bewegt, bis es den zweiten Abschnitt 105b erreicht. Hat das Laufrad 209a den zweiten Abschnitt 105b erreicht, so kann das Laufrad 209a angetrieben durch das sich entspannende Federelement über den zweiten Abschnitt 105b hinweg gleiten, bis es den dritten Abschnitt 105c erreicht. Hat es den dritten Abschnitt 105c erreicht, so hat sich der Aktor 200 ausreichend weit in Längsrichtung verschoben, um durch Druck auf die Folie 307 diese bis auf den Steg 305 im Bereichs des Ventilabschnitts 301, welcher auch als Ventilgrund oder Ventilsitz bezeichnet werden kann, zu drücken. Das Ventil 303 ist somit geschlossen bzw. nimmt die geschlossene Ventilstellung ein (nicht gezeigt), wie für den Fachmann anhand 1 leicht nachvollziehbar ist.
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Da der erste Abschnitt 105a des Kurvenabschnitts 105 bei der Vorspannung des Federelements insofern eine Rolle spielt, als er beiträgt oder sicherstellt, dass die Vorspannung bis zum Moment des Einsatzes des Elektromotors zum Drehen des Aktors 200 um dessen Achse aufrecht erhalten wird, kann er als drittes Widerlager verstanden werden.
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Wie 1 zu entnehmen ist, ist in der besonderen Ausführungsform der 1 zusätzlich zum Kurvenabschnitt 105 ein zweiter Kurvenabschnitt 105’ angeordnet. Der zweite Kurvenabschnitt 105’ weist ebenfalls zumindest einen ersten Abschnitt 105a’, und/oder einen zweiten Abschnitt (nicht dargestellt) und/oder einen dritten Abschnitt (ebenfalls nicht dargestellt) auf. Ebenso weist der Aktor 200 zusätzlich zum Laufrad 209a ein weiteres Laufrad 209a’ auf, welches in 1 in Kontakt mit dem weiteren ersten Abschnitt 105a’ gezeigt ist. Das Vorsehen von mehr als einem Kurvenabschnitt 105, 105’ und von mehr als einem Laufrad 209a, 209a’ kann zu einer spannungsarmen Führung, Verschiebung und Drehung des Aktors 200 in der Aufnahmevorrichtung 101 beitragen. Die Anzahl der Kurvenabschnitte und/oder Führungselemente ist dabei nicht auf zwei beschränkt.
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Die Querachse Q des Aktors 200 ist angedeutet.
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2 zeigt schematisch vereinfacht eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 in einer zweiten, beispielhaften Ausführungsform.
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Der Aktor 200 ist innerhalb einer Aufnahmevorrichtung 101, hier beispielhaft einer Aktorplatte der Vorrichtung 100, aufgenommen und wird von der Energiespeichervorrichtung 207, hier wieder eine Spiralfeder, unter Spannung gehalten.
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2 zeigt den Aktor 200 wiederum in der ersten Aktorstellung, in welcher er nicht auf die Folie 307 und somit nicht auf das Ventil 303 einwirkt.
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Das obere Ende (räumliche Angabe sind hier stets bezogen auf die Figuren) ist über eine Kupplung 111, hier optional mit Höhenausgleich, mit einem Elektromotor 113 verbunden. Der Elektromotor 113 dient dem Drehen des Aktors 200 um seine eigene Längsachse L, um diesen gegen die Federkraft der Energiespeichervorrichtung 207 zu spannen und damit zu deaktivieren.
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Im Beispiel der 2 bilden die Energiespeichervorrichtung 207 und der Elektromotor 113 gemeinsam die Aktivierungsvorrichtung zum Aktivieren des Aktors 200, also zum Überführen und optional unter Spannung Halten des Aktors 200 in der zweiten („aktivierten“) Aktorstellung.
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Der Kurvenabschnitt 105 der 2 liegt dem unteren Abschnitt der Aufnahmevorrichtung 101 an oder ist Teil hiervon. Das Führungselement 209 ist Teil eines hier beispielhaft zylindrisch gezeigten Abschnitts 211, welcher gemeinsam mit dem übrigen Aktor 200 verdreht wird. Der Abschnitt 211 dient in dieser exemplarischen Ausführungsform der Erfindung als erstes Widerlager 203.
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Im Vergleich zwischen den 1 und 2 ist zu erkennen, dass sich das Energiespeichervorrichtung 207 in 1 unterhalb der Aufnahmevorrichtung 101 befindet, in 2 zwischen zwei Abschnitten, welchen beide er Aufnahmevorrichtung 101 zugerechnet werden.
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Im Vergleich zwischen der 1 und 2 ist ferner gut zu erkennen, dass der Kurvenabschnitt 105, welcher in den Figuren stets als Teil der Aufnahmevorrichtung 101 gezeigt ist, ebenso gut Teil des Aktors 200 sein könnte. Das Führungselement 209 könnte für diesen Fall an der Aufnahmevorrichtung 101 vorgesehen werden, beispielsweise im Sinne einer kinematischen Umkehr.
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3 zeigt schematisch vereinfacht einen abgewickelten Kurvenabschnitt 105 in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie er beispielsweise beim Aktor 200 der 1 verwendet wird.
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Der Kurvenabschnitt 105 weist den ersten Abschnitt 105a, den zweiten Abschnitt 105b und den dritten Abschnitt 105c auf, wie zu 1 bereits diskutiert.
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Das Führungselement 209 liegt dabei einmal auf dem ersten Abschnitt 105a, was seiner Lage in der ersten Aktorstellung entspricht, und einmal auf dem dritten Abschnitt 105c, was seiner Lage in der zweiten Aktorstellung entspricht.
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Im Bespiel der 3 weist der dritte Abschnitt 105c keine Steigung gegenüber der Horizontalen oder gegenüber der Querrichtung des Aktors 200 oder dessen aufgewickelter Umfangsrichtung auf, das Führungselement 209 liegt dabei an einem rein optional vertikal gezeichneten Anschlag an. Der Aktor 200 kann aufgrund des Anschlags mittels der nicht gezeigten Energiespeichervorrichtung 207 nicht weiter aktiviert oder verschoben werden.
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Der zweite Abschnitt 105b weist eine erste Steigung auf. Aufgrund der Steigung und der Tatsache, dass sich der Kurvenabschnitt 105 in seiner tatsächlichen Anordnung um zumindest einen Teil des Umfangs des Aktors 200 schmiegt, kann der zweite Abschnitt 105b bereits für sich genommen auch als Kurvenscheibe bezeichnet werden.
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Die erste Steigung wird hierin als positive, abnehmende oder abfallende Steigung bezeichnet, sie stellt für das Führungselement 209 bei der Aktivierung eine abschüssige Führung dar, welche in der Darstellung der 3 als Winkel α gegenüber der Horizontalen gegen den Uhrzeigersinn gezeigt ist, siehe die vereinfachte Darstellung in 3a, in welcher die Längsrichtung L und die Querachse Q (kann auch als aufgewickelte Umfangsrichtung des Aktors 200 verstanden werden) des Aktors 200 zur besseren Orientierung gezeigt sind.
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Der erste Abschnitt 105a weist eine zweite Steigung auf, welche hierin als negative Steigung bezeichnet, sie stellt für das Führungselement 209 eine abschüssige Führung dar, welche in der Darstellung der 3 als Winkel β gegenüber der Horizontalen im Uhrzeigersinn gezeigt ist, siehe für die Winkel die vereinfachte Darstellung in 3a. Die zweite Steigung stellt für das Führungselement 209 eine ansteigende oder zunehmende Steigung bei der Aktivierung dar. Die erste Steigung und die zweite Steigung werden hierin mit Blick auf die 3a relativ zueinander als Gegensteigungen bezeichnet.
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Bei der Aktivierung des Aktors 200, also bei seinem Überführen aus der ersten Aktorstellung in die zweite Stellung, wird das Führungselement 209 aus seiner Lage im ersten Abschnitt 105a (rechts in 3) in seine Lage im dritten Abschnitt 105c (links in 3) überführt. Dabei gibt das Führungselement 209 sein ursprüngliches Niveau auf und findet sich auf einem niedrigeren Niveau wieder.
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Der Übergang zwischen der ersten Steigung und der zweiten Steigung, in 3a mit W bezeichnet, kann als Wendepunkt der in 3a gezeigten Kurve aus erste und zweiter Steigung im mathematischen Sinne verstanden werden. Am Wendepunkt ändert die Steigung sozusagen ihr Vorzeichen.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße, beispielhafte elektrische Schaltung, hier eine Kondensatorschaltung 115 für einen Elektromotor 113. Die Kondensatorschaltung 115 weist den Endschalter 117 auf und versorgt den Elektromotor zum vorzugsweise geringfügigen Drehen des Aktors um dessen Längsachse beim Einleiten des Aktivierens (also beim Übergang von der der ersten Aktorstellung in die zweite Aktorstellung), jedenfalls bis die Energiespeichervorrichtung die weitere Überführung in die zweite Aktorstellung übernimmt, ferner zum Durchführen der Deaktivierung (also den Übergang von der zweiten Aktorstellung in die erste Aktorstellung).
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Vorgesehene Kondensatoren speichern dabei ausreichend elektrische Spannung, so dass auch im Falle eines Stromausfalls eine Aktivierung noch erfolgen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- medizintechnische Vorrichtung; Vorrichtung
- 101
- Aufnahmevorrichtung
- 103
- zweites Widerlager
- 105
- Kurvenabschnitt
- 105’
- weiterer Kurvenabschnitt
- 105a
- ersten Abschnitt
- 105a’
- weiterer erster Abschnitt
- 105b
- zweiter Abschnitt
- 105c
- dritter Abschnitt
- 111
- Kupplung
- 113
- elektrischer Antrieb oder Elektromotor
- 115
- Kondensatorschaltung
- 200
- Aktor; Stößel
- 201
- Ende
- 203
- erstes Widerlager
- 207, 113
- Aktivierungsvorrichtung
- 207
- Energiespeichervorrichtung als Teil der Aktivierungsvorrichtung
- 209
- Führungselement
- 209a
- Laufrad
- 209a’
- weiteres Laufrad als weiteres Führungselement
- 211
- Abschnitt
- 300
- Blutkassette
- 301
- Ventilabschnitt des Ventils 303
- 303
- Ventil
- 305
- Steg eines Hartteils
- 307
- Folie
- L
- Längsachse
- Q
- Querachse
- W
- Wendepunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/121819 A1 [0002, 0004]
