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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren bzw. Einspeisen einer Lösung in eine fluidführende Leitung, insbesondere im Kontext einer extrakorporalen Blutbehandlung.
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Beim Zudosieren von Lösungen, wie z.B. Elektrolyt- und Bicarbonatlösung, vorzugsweise aus Konzentraten, während einer Dialysebehandlung ist eine hohe Genauigkeit der geförderten Volumina und somit der Dosierung wichtig.
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Da bei einer extrakorporalen Blutbehandlungsmaschine die Einspeisung der Lösungen zudem vorzugsweise stromaufwärts einer Bilanzkammer erfolgt, welche mit hohem Druck geladen wird (bis zu 1,8 bar), ist es notwendig, dass die eingesetzten Pumpen nicht nur über eine sehr hohe Fördergenauigkeit verfügen, sondern auch gegen einen relativ hohen Druck fördern können. Dies kann mit bestimmten Pumpen nicht, oder nur schwer umgesetzt werden.
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Dieses Problem tritt insbesondere in bestimmten Phasen des Bilanzkammerzyklus auf. Eine Bilanzkammer dient der volumetrischen Bilanzierung, d.h. die Bilanzbestimmung erfolgt über eine Volumenmessung. Bei bekanntem Kammervolumen erfolgt die Füllung und Entleerung der Kammern somit in einem bestimmten Takt. Daraus ergibt sich, dass es verschiedene Phasen mit unterschiedlichen Situationen betreffend Druck, Fluss stromauf einer Bilanzkammer gibt. In manchen Phasen herrscht stromaufwärts der Bilanzkammer ein höherer Druck, als der maximal zulässige Arbeitsdruck/Gegendruck gängiger Dosierpumpen, sodass diese nicht arbeiten können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme abzumildern oder gar ganz zu beseitigen. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Verwendung herkömmlicher Dosierpumpen zur Dosierung bzw. Einspeisung von Lösungen stromaufwärts einer Bilanzkammer ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Dosieren einer Lösung, insbesondere einer Elektrolytlösung, in eine fluidführende Leitung, vorzugsweise eine Leitung stromaufwärts einer Bilanzkammer einer Blutbehandlungsmaschine, umfasst die Schritte:
- - Fördern der Lösung mittels einer Pumpe in einen hydraulischen Druckspeicher, wobei in dem hydraulischen Druckspeicher ein Druck aufgebaut wird;
- - Einspeisen der Lösung in die fluidführende Leitung, sobald der Druck in dem hydraulischen Druckspeicher einen Druck in der fluidführenden Leitung überschreitet, wodurch vorzugsweise ein Freigabeelement zwischen dem hydraulischen Druckspeicher und der fluidführende Leitung einen Fluss der Lösung von dem hydraulischen Druckspeicher zu der fluidführenden Leitung freigibt.
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In anderen Worten löst Erfindung die Aufgabe, indem zwischen die Dosierpumpe und einen Einlass und / oder eine Anschlussleitung stromaufwärts einer Bilanzkammer ein hydraulischer Druckspeicher (z.B. ein Druckgefäß aus einem elastischen Material) und ein Freigabeelement, insbesondere ein Mittel zur Verhinderung des Rückflusses (z.B. ein Rückschlagventil) geschaltet sind.
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Die fluidführende Leitung ist dazu ausgelegt, Fluid, also beispielsweise ein Gas und / oder eine Flüssigkeit zu führen. Der Begriff „fluidführende Leitung“ erfordert somit nicht zwingend, dass in der Leitung Flüssigkeit fließt, sondern umfasst auch „leere“ Leitungen, da diese zumindest Gas, z.B. Luft, führen.
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Anstatt der vorstehend genannten Blutbehandlungsmaschine kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf eine Vorrichtung zur Bereitung einer medizinischen Lösung aufweisend Elektrolytbestandteile und Wasserbestandteile angewandt werden.
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Die Dosierpumpe pumpt das zu dosierende Flüssigmedium, z.B. Bicarbonatlösung, in den hydraulischen Druckspeicher.
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Solange der Druck auf der Seite der Bilanzkammer höher als der Arbeitsdruck der Dosierpumpe ist, verhindert das Rückschlagventil ein Einströmen von Flüssigkeit in den hydraulischen Druckspeicher entgegen der Pumprichtung. Alternativ oder zusätzlich zu dem Rückschlagventil kann auch ein steuerbares Ventil vorgesehen sein.
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Sobald die Bilanzkammer an der Seite befüllt wird, auf der stromaufwärts die Dosierpumpe, das Rückschlagventil und der Druckspeicher verschaltet sind, entsteht ein Fluss im System und der Druck fällt ab. Aufgrund des Druckabfalls strömt die Lösung aus dem Druckspeicher durch das nun offene Rückschlagventil in Richtung Bilanzkammer.
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Vorzugsweise ist bei der Durchführung des Verfahrens kein Patient an die Blutbehandlungsmaschine angeschlossen. So hat das Verfahren keinerlei physiologische Wirkung auf den Körper des Patienten.
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Weiterhin wird ein erfindungsgemäßes Verfahren vorzugsweise rein maschinenseitig bzw. im Kontext der Bereitung / Herstellung einer medizinischen Lösung ausgeführt. Das Verfahren wirkt somit nicht auf den Körper eines Patienten ein, sondern dient lediglich der Herstellung medizinischer Lösungen.
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Unter einer medizinischen Lösung ist hierbei eine Lösung zu verstehen, welche bei einer medizinischen Anwendung, beispielsweise einer extrakorporalen Blutbehandlung, zum Einsatz kommt, wie z.B. Dialysat oder Substituat.
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Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes Verfahren im Rahmen einer Dosiereinheit / Vorrichtung zur Bereitung medizinischer Lösungen ausgeführt werden, welche medizinische Lösungen mit einer vorgegebenen Dosierung / Elektrolytkonzentration herstellt.
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Es hat sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, wenn das Freigabeelement ein Mittel zum Verhindern eines Rückflusses, insbesondere in Form eines Rückschlagventils, ist, welches einen Fluss von Fluid von der fluidführende Leitung zu dem hydraulischen Druckspeicher verhindert.
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Der hydraulische Druckspeicher (auch als Windkessel bezeichnet) weist ein elastisch spannbares System auf, welches beispielsweise eine Membran, eine Feder, eine Magnet-Magnet-Kombination oder eine sonstige beliebige elastisch spannbare Konfiguration umfasst. Dabei kann der hydraulische Druckspeicher ein Gefäß umfassen und beispielsweise das Gefäß selbst aus elastischem Material aufgebaut sein oder eine elastische oder flexible Wand aufweisen. Im Fall einer elastischen Wand kann das Wandmaterial allein die elastische Rückstellkraft bereitstellen oder durch ein weiteres Element - wie eine Feder oder eine Magnet-Magnet-Kombination - bereitgestellt werden. Die Rückstellkraft für eine flexible, nichtelastische Wand kann ebenfalls durch ein vorgenanntes weiteres Element bereitgestellt werden. Eine elastische Wand oder Kammer kann beispielsweise aus einem Elastomer-Material bestehen. Eine flexible Wand kann beispielsweise aus einer Kunststoff-Folie bestehen.
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Durch das dauerhafte / kontinuierliche Fördern von Flüssigkeit von der Pumpe in den hydraulischen Druckspeicher baut sich in diesem ein Druck auf. Übersteigt dieser den Druck in der Leitung stromaufwärts der Bilanzkammer, wird Flüssigkeit in die selbige gedrückt. Durch diesen entstehenden Fluss wird der Druck im hydraulischen Druckspeicher geringer. Vorzugsweise kann mittels eines Drucksensors der im hydraulischen Druckspeicher herrschende Druck ermittelt werden.
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Unter dem kontinuierlichen Fördern von Flüssigkeit von der Pumpe in den hydraulischen Druckspeicher ist hierbei vorzugsweise ein dauerhaftes, ununterbrochenes Pumpen zu verstehen. Die Pumpe fördert hierbei ununterbrochen schubweise bzw. hubweise Flüssigkeit in den hydraulischen Druckspeicher. Vorzugsweise ist die Förderfrequenz hierbei relativ hoch.
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Von dem hydraulischen Druckspeicher wird die Flüssigkeit daraufhin in Phasen bzw. Intervallen, welche vorzugsweise mit den Phasen einer Bilanzkammer synchronisiert sind bzw. mit diesen in Verbindung stehen, abgegeben. Vorzugsweise ist die Abgabefrequenz der Flüssigkeit aus dem hydraulischen Druckspeicher niedriger als die Förderfrequenz der Pumpe in den hydraulischen Druckspeicher.
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Sinkt der Druck im hydraulischen Druckspeicher unter den Druck in der Leitung stromaufwärts der Bilanzkammer, wird wieder Druck im hydraulischen Druckspeicher aufgebaut.
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Der Fluss in die Leitung stromaufwärts der Bilanzkammer findet größten Teils in der Phase der Bilanzkammerfüllung statt. Dafür ist ein Freigabeelement, z.B. ein Rückschlagventil, zwischen der Leitung stromaufwärts der Bilanzkammer und hydraulischen Druckspeicher sinnvoll. Während der anderen Phasen des Bilanzkammerzyklus, kann die Pumpe Lösung in den hydraulischen Druckspeicher fördern, um in diesem Druck aufzubauen.
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Grundsätzlich wäre jedoch auch eine Ausführungsform ohne ein Freigabeelement oder Rückschlagventil zwischen dem hydraulischen Druckspeicher und der Leitung stromaufwärts der Bilanzkammer denkbar.
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Durch die Entkopplung von Pumpe und dem Einströmfluss in die fluidführende Leitung stromaufwärts der Bilanzkammer wird ein kontinuierliches Pumpen ermöglicht.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt vorzugsweise das Fördern der Lösung durch die Pumpe in den hydraulischen Druckspeicher kontinuierlich und das Einspeisen der Lösung aus dem hydraulischen Druckspeicher in die fluidführende Leitung erfolgt vorzugsweise in Intervallen und / oder stoßweise in Übereinstimmung mit dem Füllungs-und Entleerungszyklus der Bilanzkammer.
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Vorzugsweise erfolgt das Einspeisen der Lösung in die fluidführende Lösung während der Befüllungsphase der Bilanzkammer bzw. während einer Phase des geringsten Drucks in der fluidführenden Leitung.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Druck an / um einem Einspeisungspunkt der fluidführenden Leitung, in welchem Fluid von dem hydraulischen Druckspeicher eingespeist wird, vor und / oder während des Einspeisungsvorgangs abgesenkt werden, vorzugsweise mittels eines am Einspeisungspunkt oder in der Nähe des Einspeisungspunkts angeordneten Druckeinstellungselements, insbesondere in Form einer Venturi-Düse oder eines Drosselventils.
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Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine beliebige Pumpe zum Fördern der Lösung eingesetzt werden, beispielsweise eine Pumpe mit elektroaktiven Polymeren, eine Pumpe mit Piezo-Kristallen, eine Membranpumpe, eine peristaltische Pumpe oder eine Zahnradpumpe ist.
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Vorzugsweise ist die zum Fördern der Lösung eingesetzte Pumpe eine Pumpe mit mindestens einem elektroaktiven Polymer. Hierdurch lassen sich besonders vorteilhaft robuste und technisch einfache Pumpen bereitstellen.
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Weiterhin vorzugsweise verfügt die zum Fördern eingesetzte Pumpe mit mindestens einem elektroaktiven Polymer über Self-Sensing-Eigenschaften. Hierdurch kann besonders vorteilhaft die tatsächliche Fördermenge erfasst werden.
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In der Praxis haben sich besonders Pumpen mit mindestens einem dielektrischen elektroaktiven Polymer, welches als Stapel angeordnet ist, als sehr robust und preisgünstig erwiesen.
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In einer anderen Ausgestaltung ist die zum Fördern der Lösung eingesetzte Pumpe eine Pumpe mit mindestens einem Piezo-Kristall. Hierbei sind kurze Stellwege und geringe Baugröße besonders vorteilhaft.
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Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes Verfahren auch einen Schritt des Ermittelns bzw. Überwachens der von der Pumpe zum Fördern der Lösung ausgeführten Pumpenhübe umfassen. Aus der Anzahl der ausgeführten Pumpenhübe kann das in den hydraulischen Druckspeicher geförderte Volumen bestimmt werden.
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Die Pumpe kann daraufhin entsprechend geregelt oder gesteuert werden, um eine bestimmte Zielvorgabe zu erreichen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Blutbehandlungsmaschine, insbesondere eine Dialysemaschine, welche vorzugsweise dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wobei zwischen einer Pumpe zum Fördern einer Lösung, insbesondere einer Elektrolytlösung, und einer fluidführenden Leitung, vorzugsweise stromaufwärts einer Bilanzkammer der Blutbehandlungsmaschine, ein hydraulischer Druckspeicher und diesem fluidisch nachgeschaltet vorzugsweise ein Freigabeelement vorgesehen ist, welches dazu ausgelegt ist, sobald ein Druck in dem hydraulischen Druckspeicher einen Druck in der fluidführenden Leitung überschreitet, einen Fluss der Lösung von dem hydraulischen Druckspeicher zu der fluidführenden Leitung freizugeben.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitung einer medizinischen Lösung aufweisend Elektrolytbestandteile und Wasserbestandteile, welche vorzugsweise dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wobei zwischen einer Pumpe zum Fördern einer Lösung, insbesondere einer Elektrolytlösung, und einer fluidführenden Leitung, vorzugsweise stromaufwärts einer Bilanzkammer einer Blutbehandlungsmaschine, ein hydraulischer Druckspeicher und diesem fluidisch nachgeschaltet vorzugsweise ein Freigabeelement vorgesehen ist, welches dazu ausgelegt ist, sobald ein Druck in dem hydraulischen Druckspeicher einen Druck in der fluidführenden Leitung überschreitet, einen Fluss der Lösung von dem hydraulischen Druckspeicher zu der fluidführenden Leitung freizugeben.
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Unter einer medizinischen Lösung ist eine Lösung zu verstehen, welche im Rahmen einer medizinischen Anwendung, beispielsweise einer extrakorporalen Blutbehandlung, zum Einsatz kommt. Dialysat, Substituat etc. sind Beispiele medizinischer Lösungen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitung einer medizinischen Lösung aufweisend Elektrolytbestandteile und Wasserbestandteile kann beispielsweise im Zusammenspiel mit einer Blutbehandlungsmaschine, insbesondere einer Dialysemaschine, zum Einsatz kommen oder ein Bestandteil einer Blutbehandlungsmaschine sein. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitung einer medizinischen Lösung kann grundsätzlich aber auch eigenständig und unabhängig von einer Blutbehandlungsmaschine verwendet werden.
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Vorzugsweise weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitung einer medizinischen Lösung oder eine erfindungsgemäße Blutbehandlungsmaschine ein Freigabeelement auf, welches vorzugsweise ein Mittel zum Verhindern eines Rückflusses, insbesondere in Form eines Rückschlagventils, ist, welches einen Fluss von Fluid von der fluidführenden Leitung zu dem hydraulischen Druckspeicher verhindert.
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Alternativ oder zusätzlich kann anstelle des Rückschlagventils ein steuerbares Ventil als Freigabeelement vorgesehen sein. Das steuerbare Ventil ist vorzugsweise am Ausgang des hydraulischen Druckspeichers in Strömungsrichtung hin zu der Bilanzkammer angeordnet.
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Vorzugsweise weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitung einer medizinischen Lösung oder eine erfindungsgemäße Blutbehandlungsmaschine weiterhin ein Steuergerät auf, welches dazu ausgelegt ist, die Pumpe dazu anzusteuern, eine Lösung, insbesondere eine Elektrolytlösung, in den hydraulischen Druckspeicher zu fördern, vorzugsweise bis ein Druck in dem hydraulischen Druckspeicher einen Druck in der mit dem hydraulischen Druckspeicher verbundenen fluidführenden Leitung übersteigt, wodurch ein Freigabeelement zwischen dem hydraulischen Druckspeicher und der fluidführenden Leitung geöffnet wird und einen Fluss der Lösung von dem hydraulischen Druckspeicher zu der fluidführenden Leitung freigibt.
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Vorzugsweise ist das Steuergerät dazu ausgelegt, die Vorrichtung zur Bereitung einer medizinischen Lösung oder die Blutbehandlungsmaschine dazu anzusteuern, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Weiterhin vorzugsweise ist das Steuergerät, wenn das Freigabeelement in Form eines steuerbaren Ventils vorliegt, dazu ausgelegt, das steuerbare Ventil zur Freigabe des Flusses zwischen dem hydraulischen Druckspeicher und der fluidführenden Leitung anzusteuern. In anderen Worten steuert in dieser Variante das Steuergerät nicht nur die Pumpe sondern auch das steuerbare Ventil in Abhängigkeit von den Phasen der Bilanzkammer.
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Weiterhin hat es sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitung einer medizinischen Lösung oder Blutbehandlungsmaschine an einem Einspeisungspunkt oder in der Nähe eines Einspeisungspunkts, in welchem Fluid von dem hydraulischen Druckspeicher in die fluidführende Leitung eingespeist wird, ein Druckeinstellungselement, insbesondere in Form einer Venturi-Düse oder eines Drosselventils, angeordnet ist.
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Mittels des Druckeinstellungselements kann der Druck an / um einem Einspeisungspunkt der fluidführenden Leitung, in welchem Fluid von dem hydraulischen Druckspeicher eingespeist wird, vor und / oder während des Einspeisungsvorgangs abgesenkt werden, sodass der Einspeisungsvorgang unterstützt wird.
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Durch die Entkopplung von Pumpe und dem Einströmfluss in die fluidführende Leitung stromaufwärts der Bilanzkammer kann eine beliebige Pumpe, beispielsweise eine herkömmliche Dosierpumpe, eingesetzt werden. Vorzugsweise ist die Pumpe zum Fördern der Lösung eine Pumpe mit elektroaktiven Polymeren, eine Pumpe mit Piezo-Kristallen, eine Membranpumpe, eine peristaltische Pumpe oder eine Zahnradpumpe ist.
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In der Praxis hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die zum Fördern der Lösung eingesetzte Pumpe eine Pumpe mit mindestens einem elektroaktiven Polymer ist, welches über Self-Sensing-Eigenschaften verfügt.
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Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Pumpe mit mindestens einem elektroaktiven Polymer (EAP-Pumpe) zum Einsatz kommt, werden nachstehend derartige besonders vorteilhafte Pumpen näher beschreiben.
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Eine EAP-Pumpe ist vorzugsweise mit einem mindestens ein elektroaktives Polymer aufweisenden Pumpen-Aktor ausgestattet, wobei das mindestens eine elektroaktive Polymer derart angeordnet ist, dass eine Verformung des mindestens einen elektroaktiven Polymers entlang der Richtung des Pumpenhubs der Pumpe erfolgt.
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In anderen Worten erfolgt die Verformung / Längenausdehnung des elektroaktiven Polymers entlang der Richtung der Pumpbewegung / des Pumpenhubs der Pumpe. Dies bietet den Vorteil, dass die Größe des Pumpenhubs direkt zu der Größe der Verformung / Längenausdehnung des elektroaktiven Polymers proportional ist bzw. mit dieser korreliert.
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Durch die Anordnung des elektroaktiven Polymers lässt sich somit besonders eindeutig und direkt die Größe eines ausgeführten Pumpenhubs aus der entsprechenden Verformung des elektroaktiven Polymers herleiten.
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Elektroaktive Polymere und Piezo-Kristalle verformen sich in Erwiderung auf ein Potential, welches an das elektroaktive Polymer oder den Piezo-Kristall angelegt wird, und können durch diese Verformung beispielsweise als Pumpen-Aktor dienen, da durch die Verformung ein zu förderndes Medium aus der Pumpe gepresst wird.
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Umgekehrt erzeugen Piezo-Kristalle, ein elektrisches Potential, wenn eine mechanische Kraft auf sie wirkt und sie verformt. Diese Eigenschaft kann man in Bezug auf Piezo-Kristalle als „Self-sensing“ bezeichnen und sie ermöglicht es, Piezo-Kristalle als Sensoren einzusetzen, um die wirkenden Kräfte und somit beispielsweise die Größe der Pumpenhübe anhand gemessener elektrischer Potentiale zu ermitteln. Elektroaktiven Polymere dagegen reagieren auf eine durch eine äußere mechanische Kraft erzeugte Verformung durch eine Veränderung ihrer elektrischen Eigenschaften wie beispielsweise eine Änderung der elektrischen Kapazität und der elektrischen Impedanz.
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Bei elektroaktiven Polymeren des dielektrischen Typs, wie beispielsweise mit Silikon, Polyurethan oder Akryl-Elastomer als elastischem Bestandteil, entsteht das Self-Sensing dieser dielektrischen elektroaktiven Polymere in Zusammenwirkung mit einer elektrischen Auswerteeinheit, welche elektrische Eigenschaften (Kapazität, Impedanz ...) des elektroaktiven Polymers bzw. eine Stapels aus elektroaktivem Polymer ermittelt.
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Aus diesen gemessenen elektrischen Eigenschaften (oder deren Änderungen) des elektroaktiven Polymers bzw. eines Stapels aus elektroaktivem Polymer kann dann wiederum ein Rückschluss beispielsweise auf einen Abstand der verschiedenen leitfähigen Schichten des Stapels und somit eine Verformung, insbesondere eine Kontraktion oder Dilatation, des elektroaktiven Polymers gezogen werden.
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Vorzugsweise kommen im Rahmen einer im Rahmen der Erfindung eingesetzten EAP-Pumpe elektroaktive Polymere des dielektrischen Typs zum Einsatz, welche vorzugsweise elastisch sind.
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Vorzugsweise verfügt das mindestens eine elektroaktive Polymer einer derartigen Pumpe über Self-Sensing-Eigenschaften. Mittels der Self-Sensing-Eigenschaften kann bei einer EAP-Pumpe somit direkt ermittelt werden, wie groß ein jeder ausgeführte Pumpenhub war und ob dieser stattgefunden hat und ggf. wie der zeitliche Verlauf / Ablauf (Hub über Zeit) war. Letzteres kann bei Veränderungen Rückschlüsse auf Alterung der Pumpe selbst geben. Hierdurch kann eine vorausschauende Wartung (predictive maintenance) ermöglicht werden: Kennt man beispielsweise eine Alterungskurve einer Pumpe, kann man anhand der ermittelten Alterung beispielsweise eine typische zu erwartende verbleibende Lebenszeit bis zum Ausfall abschätzen.
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Insbesondere bei Dosierpumpen, welche im Rahmen einer Blutbehandlung zum Einsatz kommen, ist eine derartig genaue Überwachbarkeit der geförderten Volumina essentiell.
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Es hat sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt, wenn das mindestens eine elektroaktive Polymer einen Pumpenaktor der Pumpe bildet. Durch das Anlegen eines Potentials bzw. einer Spannung an das elektroaktive Polymer kann dieses verformt werden, wodurch zu förderndes Medium aus der Pumpe bewegt wird, da die Verformung / Längenausdehnung des elektroaktiven Polymers entlang der Richtung der Pumpbewegung / des Pumpenhubs der Pumpe erfolgt.
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Das elektroaktive Polymer kann vorzugsweise einen Kolben oder eine Pumpenmembran antreiben oder auch direkt in Kontakt mit dem zu fördernden Medium stehen.
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Vorzugsweise sind bei einer EAP-Pumpe, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, mehrere Schichten elektroaktiver Polymere vorgesehen, welche vorzugsweise als Stapel („stack“) angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere derartige Stapel mehrerer Schichten elektroaktiver Polymere nebeneinander und / oder übereinander angeordnet sein.
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Weiterhin umfasst eine EAP-Pumpe vorzugsweise eine Steuereinheit, welche das mindestens eine elektroaktive Polymer zu einer definierten Verformung ansteuert, um so die Pumpe zu betätigen. Sind mehrere Stapel vorgesehen, so kann jeder Stapel mit einer eigenen Steuereinheit ausgestattet sein, es kann aber auch nur eine gemeinsame Steuereinheit vorgesehen sein.
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Zudem umfasst eine EAP-Pumpe, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, vorzugsweise eine Messeinheit, welche die Verformung des mindestens einen elektroaktive Polymers und / oder den Abstand mindestens zweier Schichten eines Stapels elektroaktiver Polymere misst, um so den Grad der Verformung bzw. die Amplitude eines Pumpenhubs der Pumpe zu bestimmen.
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Die Messeinheit kann teil der Steuerungseinheit sein und / oder mit dieser Daten austauschen. Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung dazu ausgelegt sein, die Messdaten an einen externen Empfänger zu übertragen, sodass die Funktion der Pumpe von fern überwacht und / oder dokumentiert werden kann.
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Zudem kann die Pumpe mit einer Kraftbündelungsstruktur ausgestattet sein, welche dazu ausgelegt ist, die durch die Verformung des mindestens einen elektroaktiven Polymers entstehenden Kräfte zu bündeln und gezielt auf eine andere Struktur zu übertragen, wobei vorzugsweise die Fläche der Kraftbündelungsstruktur kleiner als die Fläche des mindestens einen elektroaktive Polymers ist.
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Durch die Verringerung der Fläche werden die Kräfte / der Druck des elektroaktiven Polymers bzw. der Stapel elektroaktiver Polymere fokussiert, sodass ein höherer Druck erreicht werden kann. Drückt die Kraftbündelungsstruktur beispielsweise auf einen Ventilsitz, so kann hierdurch beispielsweise ein besonders sicheres Schließen der Pumpe erreicht werden.
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Beispielsweise können zwei nebeneinander oder übereinander angeordnete Stapel elektroaktiver Polymere auf eine gemeinsame Kraftbündelungsstruktur wirken.
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Weiterhin kann bei einer EAP-Pumpe, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, das mindestens eine elektroaktive Polymer mit einem Druckwandler verbunden sein. Der Druckwandler kann hierbei ebenfalls ein Stapel elektroaktiver Polymere sein, wodurch die Self-Sensing-Eigenschaften verstärkt werden und die Betätigung der Pumpe (Pumpenhub, Frequenz etc.) besonders präzise überwacht werden kann.
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Das mindestens eine elektroaktive Polymer kann über den Druckwandler mit der Kraftbündelungsstruktur verbunden sein und / oder der Druckwandler kann als Kraftbündelungsstruktur wirken.
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Beim Dosieren einer Lösung über einen hydraulischen Druckspeicher in eine fluidführende Leitung stromaufwärts einer Bilanzkammer einer Blutbehandlungsmaschine bzw. bei einer Blutbehandlungsmaschine mit hydraulischem Druckspeicher, welche für eine solche Dosierung konfiguriert ist, ist ein Self-Sensing einer den hydraulischen Druckspeicher speisenden Dosierpumpe besonders vorteilhaft und wünschenswert, denn durch die hydraulische Pufferwirkung des Druckspeichers ist die hydraulische Kopplung zwischen Dosierpumpe und Lösungsstrom in der fluidführenden Leitung indirekt bzw. zeitlich entkoppelt.
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Daher ist es besonders vorteilhaft und wünschenswert, ein Self-Sensing der Dosierpumpe dahingehend zu nutzen, dass überprüft wird, ob tatsächlich Lösung in vollem Umfang durch die Dosierpumpe gefördert wurde - oder ob es eventuell zu einem teilweisen oder vollständigen Rückstrom aus dem hydraulischen Druckspeicher in eine Dosierpumpe gekommen ist. Mittels Self-Sensing einer Pumpe kann beispielsweise vorteilhaft erkannt werden, ob ein Pumphub zu 100% ausgeführt wurde oder ob ein Hub nicht vollständig ausgeführt wurde, sodass ein Restvolumen infolge des unvollständigen Hubs nicht aus der Dosierpumpe an den Druckspeicher gegeben wurde.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines hydraulischen Druckspeichers zum Dosieren einer Lösung, insbesondere einer Elektrolytlösung, in eine fluidführende Leitung, vorzugsweise eine Leitung stromaufwärts einer Bilanzkammer einer Blutbehandlungsmaschine, vorzugsweise im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und / oder in einer erfindungsgemäßen Blutbehandlungsmaschine.
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Weitere Merkmale, Effekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung erben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, in welchen gleiche oder ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Hierbei zeigt:
- 1 einen beispielhaften Druckverlauf während eines Bilanzkammerzyklus, und
- 2 eine Ausführungsform der Erfindung.
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Wie in 1 gezeigt, kann der Druckverlauf in einer fluidführenden Leitung stromaufwärts einer Bilanzkammer eines Blutbehandlungsgeräts, insbesondere eines Dialysegeräts, während eines Bilanzkammerzyklus in drei Phasen unterteilt werden. In Phase 1 wird die Bilanzkammer gefüllt, Flüssigkeit fließt durch die Leitung und es kommt somit zu einem Druckabfall in der Leitung. In Phase 2, in welcher die Bilanzkammer gefüllt ist, ist der Druck in der Leitung relativ konstant. In Phase 3 wird Flüssigkeit aus der Bilanzkammer gedrückt, es kommt zu einem korrespondierenden Druckanstieg in der Leitung.
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Da in Phase 1 der Druck in der Leitung am geringsten ist, und somit Flüssigkeit gegen einen möglichst geringen Widerstand eingespeist werden kann, erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Einspeisung / Zudosierung von Lösungen vorzugsweise in Phase 1.
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2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, beispielsweise in einer Dialysemaschine.
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Zwischen einer Pumpe 1 zum Fördern einer Lösung aus einem Behälter 2, insbesondere einem Konzentratbehälter, und einer fluidführenden Leitung 3, welche stromaufwärts einer Bilanzkammer 4 angeordnet ist, befindet sich ein hydraulischer Druckspeicher / Windkessel 5.
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Die Pumpe 1 fördert Flüssigkeit aus dem Behälter 2 in den Windkessel 5. Eine Zahnradpumpe 6 fördert Flüssigkeit in die Leitung 3, in welcher die Flüssigkeit über ein Ventil 7 in die Bilanzkammer 4 fließt.
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Zwischen dem Windkessel 5 und der Leitung 3 ist ein Rückschlagventil 8 angeordnet, welches einen unidirektionalen Fluss von dem Windkessel 5 zu der Leitung 3 ermöglicht.
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Durch das Fördern von Flüssigkeit durch die Pumpe 1 in den Windkessel 5 erhöht sich der Druck in dem Windkessel 5 und der Windkessel wird in eine elastische Spannungsposition gebracht. Übersteigt der Druck in dem Windkessel 5 den Druck in der Leitung 3 (aufgrund der Förderung von Fluid durch die Pumpe 6), so öffnet sich das Rückschlagventil 8 und das elastische Material des Windkessels 5 entspannt sich, wodurch Flüssigkeit in die Leitung 3 eingespeist wird.
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In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist in dem Einspeisungspunkt in die Leitung 3 eine Venturi-Düse 9 vorgesehen, mittels welcher der Druck ind er Leitung 3 verringert werden kann, um so die Einspeisung von Fluid in die Leitung 3 zu unterstützen.
