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Die Erfindung betrifft ein Kontrastmittel-Einspritzgerät zur Durchführung
der Angiographie, bestehend aus einem das Kontrastmittel aufnehmenden Spritzenzylinder
mit längsverschiebbarem Kolben, der über einen Spindeitrieb mit einem Elektromotor
verbunden ist.
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Zweck solcher Einspritz- oder Injektionsgeräte ist die Injektion
von strahlungsundurchlässigem Kontrastmedium in das Gefäßsystem mittels eines Katheters.
Das Vordringen des Kontrastmediums in dem Gefäßsystem wird dann mittels Röntgenanlagen
beobachtet.
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Bei einem aus dem USA.-Patent 2627270 bekanntgewordenen Injektionsgerät
treibt ein Elektromotor einen Kolben unabhängig von der Belastung oder vom Gegendruck
immer mit gleicher Geschwindigkeit an. Diese Anordnung bedingt Schwankungen des
Druckes und der Dauer der Injektion. Diese ist also schwer zu regulieren und auch
abhängig von der Lage des Gerätes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzgerät der
in Rede stehenden Art mit einem Antrieb zu versehen, der über den gesamten Injektionshub
einen gleichförmigen, leicht nach Wahl zwischen verschiedenen Werten verstellbaren
Injektionsdruck gewährleistet und eine exakte zeitliche Bemessung der Injektion
gestattet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird, ausgehend von einem Einspritzgerät
der eingangs als bekannt vorausgesetzten Art, erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen,
daß als Antriebsmotor ein mit umschaltbarer Polpaarzahl ausgebildeter Asynchronmotor
mit Dauerbetriebskondensator in der Hilfsphase dient, der mit einem mit Anzapfungen
versehenen Spartransformator verbunden ist, und der durch eine mit ihm verbundene
elektrische Schaltung in seiner Drehrichtung umschaltbar und schnell stillsetzbar
ausgebildet ist.
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Zur Übertragung des Schubes und zur Begrenzung des an das Getriebe
abgegebenen Drehmomentes ist der Asynchronmotor mit einer Rutschkupplung mechanisch
verbunden.
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Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere die präzise Stillsetzung
des Einspritzgerätes, ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß Induktionsmotoren mit Dauerbetriebskondensator
in der Hilfsphase an sich nicht mit konstantem Drehmoment arbeiten. Sie laufen gewöhnlich
mit einer einzigen Geschwindigkeit, wobei das Drehmoment von der Belastung abhängt.
Daraus wäre an sich zu schließen, daß ein solcher Motor sich für Injektionsgeräte,
die einen gleichmäßigen Druck liefern sollen, nicht eignet.
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Durch die vorliegende Erfindung sind nun besondere Vorkehrungen getroffen
worden, um einen solchen, an sich nicht geeigneten Motor doch bei Injektionsgeräten
anwenden zu können und dabei noch einen Fortschritt gegenüber den bisher bekanntgewordenen
Injektionsgeräten zu erzielen.
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Das erfindungsgemäße Injektionsgerät gestattet es, bei Injektionen
in das Vascularsystem des menschlichen Körpers den Druck plötzlich einsetzen und
plötzlich aufhören zu lassen, und das bei einer konstanten und auswählbaren Druckhöhe.
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Zum Stande der Technik sei auch noch auf das deutsche Gebrauchsmuster
1 865 622 verwiesen, dessen Gerät zur Angiographie mit hochkomprimierter
Preßluft
und Magnetventilen arbeitet und auch die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung
nicht lösen kann. Dort ist auch schon ein Spartransformator vorgesehen, der jedoch
zur Entnahme von Heizstrom dient.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert.
Es zeigt Fig. 1 einen Seitenriß eines hydraulischen Einspritzgerätes, F i g. 2 einen
Schnitt an der Linie 2-2 der Fig. 1, F i g. 3 einen Schnitt an der Linie 3-3 der
Fig. 1, Fig. 4 ein Schaltschema eines Steuerkreises zum Betrieb des Einspritzgerätes
der Fig. 1, Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 1 enthaltenen Rutschkupplung.
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Die mechanischen Bestandteile des Einspritz- oder Injektionsgerätes
sind in einem Rahmen 10 aus zwei versetzten Stücken eingebaut; die beiden Rahmenbestandteile
12 und 14 sind durch Schraubbolzen 16 verbunden. Ein Asynchronmotor 20 mit Dauerbetriebskondensator
in der Hilfsphase ist auf dem Rahmen aufgebaut und treibt über eine Rutschkupplung
24 mit kombiniertem Schublager einen Spindeltrieb 22 mit einer Schraubspindel 26
und einer damit zusammenarbeitenden Gleitmutter 28 an. Die Schraubspindel 26 ist
über die Rutschkupplung 24 mit der Welle des Motors 20 verbunden. Wenn die Schraubspindel
26 durch den Motor 20 gedreht wird, führt das Zusammenwirken der Gleitmutter 28
mit der Schraubspindel 26 zur Umformung der Drehbewegung in lineare Verschiebung
in derselben Weise wie bei einer üblichen Mutter, jedoch mit viel größerem Wirkungsgrad;
Wirkungsgrade von 900/o lassen sich leicht erreichen. Wegen des hohen Wirkungsgrades
der Gleitmutter im Gegensatz zu einer herkömmlichen Mutter kann ein gleichbleibendes
Drehmoment in einen gleichbleibenden oder gleichförmigen Schub ohne Unstetigkeit
infolge von Reibungsverlusten umgewandelt werden.
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Die Gleitmutter treibt ein hohles Schubrohr 30, innerhalb dessen
die Schraubspindel 26 vor dem Injektionshub ruht. Das Schubrohr und die Gleitmutter
werden an einer Drehung mit der Welle 26 durch einen Querstift32 gehindert, der
in einen entsprechenden Schlitz 34 im Rahmenteil 12 eingreift. Das Vorderende dieses
Schubrohres gleitet in einem Stehlagerbock 36, der eine Nylonbuchse 40 hat und mit
Hilfe von Schrauben 38 an dem Rahmenglied 12 angebracht ist.
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Der durch den Spindeltrieb 22 erzeugte Schub wird natürlich auch
zurück über die Welle 26 auf den Motor 20 übertragen. Die Rutschkupplung 24 ist
besonders dazu bestimmt, sowohl diesen Schub zu übertragen als auch für eine Rutschwirkung
zum Begrenzen des Drehmomentes zu sorgen, das seitens des Motors an den Spindeltrieb22
abgegeben werden kann. Der vordere Teilkörper 42 der Rutschkupplung ist mit Hilfe
des Gewindestiftes 44 an der Schraubspindel 26 befestigt. Der rückwärtige Teilkörper
46 der Rutschkupplung ist mittels des Gewindestiftes 49 an der Welle 48 des Motors
20 befestigt. Die beiden Teilkörper sind durch ein einreihiges Kugellager 50 verbunden,
dessen Innen- und Außenringe an den vorderen bzw. rückwärtigen Teilkörpern durch
Klemmringe 52 und 54 und Kopfschrauben 56 und 58 befestigt sind.
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Der vordere Teilkörper 42 hat eine Filzauflagefläche 62; das Drehmoment
wird durch den Satz 24
mit Hilfe einer Kupplungsscheibe 60 übermittelt,
die gegen die Filzfiäche 62 drückt und an einer Drehung relativ zum rückwärtigen
Teilkörper 46 durch Eingriff mit den Köpfen der Kopfschrauben 56 verhindert wird.
Für die Reibungskraft sorgen Schraubenfedern 64, die sich gegen rund um den Umfang
des rückwärtigen Teilkörpers 46 verteilte Gewindestifte 66 zur Drehmomenteinstellung
legen.
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Am Vorderende des Schubrohres 30 ist mit Hilfe von Schrauben 72 ein
Kupplungsstück 70 befestigt und geeignet, den Kolbenstangenkopf 74 eines üblichen
Spritzen- oder Injektionszylinders 76 lösbar zu ergreifen. Der Zylinder 76 wird
in einem oben offenen Kastenteil 78 gehalten, der am Rahmen 12 angebracht ist. Der
Zylinder läßt sich also, wie man aus den Fig. 1 und 2 sehen kann, von dem Injektionsgerät
zwecks Reinigung und Füllung einfach dadurch abnehmen, daß man ihn nach oben anhebt
und hierdurch dem Griff sowohl des Kastens 78 als auch des Kupplungsstückes 70 entzieht.
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Wie bereits oben festgestellt wurde, gehört es zu den typischen Erfordernissen
für befriedigende Angiocardiographie, daß der Injektionsdruck des strahlundurchlässigen
Mediums während der Injektion gleichbleibt und sich genau beherrschen läßt.
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Zu diesem Zweck wird der Asynchronmotor 20 mit gleichbleibendem Drehmoment
im Überlastungszu stand und nicht mit der synchronen Drehzahl betrieben.
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Üblicherweise arbeiten Induktionsmotoren bei normaler Benutzung mit
einem kleinen Schlupfwert, und die Motordrehzahl ändert sich nur wenig mit verhältnismäßig
großen änderungen im Belastungsmoment. Umgekehrt ausgedrückt ändert sich das erreichbare
Drehmoment weitgehend bei kleinen Drehzahländerungen. Wird jedoch der Motor 20 bei
Drehzahlen betrieben, die erheblich langsamer als seine synchrone Drehzahl sind,
so hat er die Charakteristik eines über einen ziemlich weiten Drehzahlbereich im
wesentlichen gleichbleibendes Drehmoment liefernden Motors. Dieses Drehmoment wird
zum größten Teil durch die an den Motor gelegte Wechselspannung bestimmt. Indem
man den Motor auf diese Weise betreibt und zur Umformung des gleichbleibenden Drehmoments
in gleichbleibenden Schub den Spindeltrieb 22 mit hohem Wirkungsgrad benutzt, erhält
man einen Schub im Spritzenzylinder 76 und damit einen gleichförmigen, hydraulischen
Injektionsdruck. Außerdem läßt sich dieser gleichförmige Druck leicht durch Steuern
der an den Motor angelegten elektrischen Spannung justieren, beispielsweise durch
einen angezapften Spartransformator.
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Ein geeigneter Steuerschaltkreis für den Motor 20 ist in Fig. 4 zu
sehen. Die Leistung für das Gerät steht an abgesicherten Leitern 100 zur Verfügung,
die Wechselstrom von 110 Volt Spannung aus den Klemmen 102 entnehmen. An den Leitern
100 liegt der Eingang eines angezapften Spartransformators 104. Er ist so angeordnet,
daß, wenn der SchalterS1 mit den Kontaktstücken Sla, Slb und Slc in der gezeichneten
Lage steht und die Relaiskontakte RY 1 geschlossen sind, Wechselspannung von einer
durch die Einstellung der Anzapfstufe 106 des Spartransformators bestimmten Höhe
über die Klemmen 110 und 111 an den Motor 20 gelegt wird. Bei dieser Einstellung
läuft der Motor 20 mit normaler Drehzahl vorwärts. Wie zuvor angedeutet wurde, hängt
der
durch das Injektionsgerät entwickelte hydraulische Druck von der an den Motor
20 gelegten Spannung, also auch von der Einstellung der veränderlichen Anzapfstufe
106 ab. Im übrigen bleibt bei einer gegebenen Einstellung der Anzapfstufe der Druck
im wesentlichen während des ganzen Injektionsvorganges gleichförmig.
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Stehen die verschiedenen Schalter in den in F i g. 4 gezeigten Stellungen,
so wird die Zeitfolge des Injektionsvorganges mit Hilfe der Relaiskontakte RY 1
bewerkstelligt, und die Tätigkeit dieser Relaiskontakte wiederum wird durch Betätigen
des Druckknopfes P1 auf folgende Weise gesteuert. Steht das Schaltkontaktstück S
1 a in der gezeigten Lage, so hat die eine Seite des Druckknopfes P1 Anschluß an
dem einen der Leiter 100. In ähnlicher Weise wird Spannung an die Neonröhre NEL
geliefert, deren Aufleuchten anzeigt, daß das Gerät elektrisch für eine Injektion
betriebsbereit ist. Das Niederdrücken des Druckknopfes baut einen Stromkreis zum
anderen Leiter 100 über die Grenzschalter L 1 und L2 und über die RelaisspuleRY
auf. Die Grenzschalteil1 und L2 (in Fig. 1 nicht dargestellt) sind so angeordnet,
daß sie durch den Querstift 32 betätigt werden, wenn das Schubrohr 30 sich in den
auf seiner Wanderung am weitesten vorn bzw. hinten liegenden Teilen befindet. Die
Erregung der Spule RY schließt den Relaiskontakt RY 1.
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Die Erregung der Spule RY schließt auch die Kontakte RY 3 und veranlaßt
hierdurch die Aufladung des Elektrolytkondensators C1 über den Gleichrichter D 1
und den Strombegrenzungswiderstand R 1.
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Am Ende des Injektionsvorganges wird der Motor durch Öffnen der Relaiskontakte
RY 1 von seiner Wechselstromquelle abgeschaltet und gleichzeitig durch Schließen
der normalerweise geschlossenen Relaiskontakte RY2 an dem geladenen Kondensator
C1 angeschlossen. Diese letztere Verbindung läßt aus der Gleichspannung einen kräftigen
Stromstoß durch die Motorspulen hindurchgehen. Infolge der Induktion starker Wirbelströme
im Motorläufer bringt dieser Stromstoß den Motor nahezu augenblicklich zum Stillstand.
Diese Einrichtung verhindert das Weiterlaufen des Injektionsvorganges, das andernfalls
durch die Trägheit der verschiedenen umlaufenden Teile entstehen würde. Bei einem
Motor 20 mit der Nennleistung t/4 PS sind für R 1 und C1 angemessene Werte 10 Ohm
bzw. 2000 Mikrofarad.
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Die Diode D1 kann typenmäßig ein Halbleiter 1 Sr 1345 sein.
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Damit das Injektionsgerät in seine Ausgangslage zurückgefahren und
damit der Spritzenzylinder 76 unter Verbleib im Injektionsgerät gefüllt und von
Blasen gereinigt werden kann, ist es am besten, daß der Motor 20 einen Betrieb mit
geringerer als der vollen Leistung gestattet. Arbeitet beispielsweise der Motor
20 normalerweise als vierpoliger Motor, so ist es erwünscht, daß in ihm auch interne
Verbindungen seinen Betrieb als eine zwölfpolige Vorrichtung ermöglichen. Der Motor
20 ist also mit umschaltbarer Polpaarzahl ausgebildet und kann somit seine Betriebsdrehzahl
durch einen Divisor 3 verringern. In ähnlicher Weise ist es erwünscht, daß der Motor
in diesem Zustand entweder vorwärts oder rückwärts betrieben werden kann. Die internen
Verbindungen, die im Motor für solche Drehzahländerungen und Richtungsumkehr benötigt
werden, sind in Fig. 4 durch die Klemmen 110 bis 114 angedeutet. Die
Klemme
110 ist sämtlichen Motorwicklungen gemeinsam, und die Klemme 111 stellt, wie zuvor
erwähnt wurde, den Anschluß für volle Drehzahl oder für vier Pole in der Vorwärtsrichtung
dar. Die Klemme 112 (unbenutzt) stellt die Vierpolverbindung für den Rücklauf dar.
Die Zwölfpolverbindungen für Vor- und Rücklauf werden durch die Klemmen 113 bzw.
114 herausgeführt. Die in der Hilfsphase angeordneten Dauerbetriebs- oder Phasenverschiebungskondensatoren,
die die Drehrichtung für die schnellen und langsamen Drehzahlen bestimmen, sind
bei C2 bzw. C3 angedeutet.
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Die Betriebsweise entweder mit vier oder mit zwölf Polen wird durch
die Einstellung des Schalters S1 festgelegt. Die Laufrichtung und der tatsächliche
Anlaßvorgang werden durch den dreipoligen Schnellkontaktumschalter S2 gesteuert,
dessen drei Kontaktstücke mit S2a, S2b und S2c bezeichnet sind. Die Stellungsumkehr
des Schaltkontaktstückes Sla aus der in Fig. 4 gezeigten Lage gestattet dem Schaltkontaktstück
S2a, einerlei in welcher Richtung dies betätigt wird, die Funktion des Druckknopfes
P1 zu übernehmen, d. h., die Relaisspule RY zu betätigen. Das Schaltkontaktstück
Slb trennt die veränderliche Anzapfstufe 106 des Spartransformators ab und schließt
an ihrer Stelle eine feste Anzapfstufe 108 niederer Spannung so an, daß die möglichen
Drehmomente des Motors 20 in dessen zwölfpoliger Schalter auf niedriger Höhe gehalten
werden. Die Umkehr des Schaltkontaktstückes Slc gestattet die Verbindung des Spartransformators
mit den Zwölfpolklemmen 113 und 114 an Stelle der Vierpolklemme 111.
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Betätigung des Schalters S2 in der in Fig. 4 abwärts zeigenden Richtung
läßt den Motor 20 vorwärts und Schalterbewegung nach oben rückwärts umlaufen. Wie
zuvor angedeutet, kann das Schließen der Relaiskontakte RY 1 unabhängig davon hervorgebracht
werden, in welcher Richtung das SchaltkontaktstückS2a betätigt wird. Das SchaltkontaktstückS2b
gestattet die Betätigung des Relais auch dann noch, wenn einer der GrenzschalterL1,
L2 offen ist, vorausgesetzt nur, daß es der Grenzschalter an jenem Ende der Schubrohrwanderung
ist, von welchem weg dann die Bewegung eingeleitet wird.
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Schließlich wählt die Betätigung des Schaltkontaktstückes S2c die
Laufrichtung des Motors für den Betrieb dadurch aus, daß sie festlegt, welche der
Klemmen 113 oder 115 normale Phasenleistung erhält.
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Da die Röntgenstrahleinwirkung entweder vom Beginn oder vom Ende
des Injektionszyklus zu zählen ist, enthält der in Fig. 4 gezeigte Schaltkreis Maßnahmen,
um den Eintritt jedes dieser beiden Ereignisse nach außen hin anzuzeigen. Für diesen
Zweck ist in Reihe mit dem KondensatorC1 ein Widerstand R2 von 1 Ohm eingefügt.
An den Enden dieses Widerstandes wird sowohl beim Beginn wie auch beim Ende des
Injektionszyklus ein Impuls erzeugt. Der Impuls beim Beginn des Injektionszyklus
ist
ein positiver, der durch das Laden des Kondensators Cl nach dem Schließen der Relaiskontakte
R Y 3 hervorgerufen wird. Der Impuls am Ende des Injektionszyklus ist ein negativer,
der von der Entladung des Kondensators durch die Motorwicklungen hindurch hervorgerufen
wird. Zum Bedienen zugehöriger elektronischer Ausrüstungen werden die Impulse den
Außenapparaturen über die Klemmen 115 zugänglich gemacht; zur bequemen Anpassung
an den Betrieb solcher zugehöriger elektronischer Geräte kann die relative Polarität
der Impulse mit Hilfe des doppelpoligen Umschalters S3 umgekehrt werden; dabei wird
der nicht gebrauchte Impuls durch die Tätigkeit der Halbleiterdiode D 2 blockiert.
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Um die unbeabsichtigte Auslösung des Röntgengerätes zu verhindern,
macht der Schalter Sld den Durchgang jeglicher Impulse dann unmöglich, wenn der
Motor 20 in seiner Zwölfpolschaltung betrieben wird.