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Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten Die Feindosierung
von Flüssigkeiten, wie sie z. B. in der Medizin bei parenteralen Infusionen, in
der chemischen Industrie bei der Titrierung von Lösungen und zur Steuerung gewisser
Prozesse, bei welchen eine Flüssigkeit in genau dosierter menge in ein Reaktionsgefäss
eingeleitet werden muss, erforderlich ist, wird bis anhin in der Weise vorgenommen,
dass der Querschnitt der die in Frage stehende Flüssigkeit führenden Leitung an
einer Stelle verändert wird. Zu diesem Zweck wird bei Tropfeninfusionen der die
Flüssigkeit ftthrende Schlauch durch eine Quetsch- pder Knickvorrichtung verengert,
und in der chemischen Industrie wird, wenn die Feindosierung der Flüssigkeit nicht
ebenfalls in dieser Weise vorgenommen wird, in der Flüssigkeitsleitung ein Regulierventil
vorgesehen. Bei derartigen Veränderungen des Durchflusswuerschnittes nimmt, wenigstens
wenn eine runde Durchflussöffnung vorausgesetst wird, der Durchflusswiderstand in
der vierten Potenz mit dem Radius zu und demzufolge die Durchflussmenge in der vierten
Potenz ab.
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Dies hat zur Folge, dass die Einregulierung der Durchflussmenge umso
kritischer
wird, je kleiner die Tropfenzahl wird. Eine oft verwendete Du@chflussmenge von etwa
20 Troofen pro Minute entspricht ungefähr 1 ml pro Minute. Für die Einregulierung
einer solchen Durchflussmenge mit einer Genauigkeit von # 10-15% benötigt z.B. eine
Krankenschwester 2-5 Minuten. dire Tropfenzatl von 5/min, wie sie klinisch oft erwünscht
ist, ist jedoch fast nicht riehr einstellbar.
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Statt den Schlauch bzw. die Leitung nur an einer Stelle zu verenfern,
wäre es möglich, eine Kapillare in den Schlauch bzw. die Leitung einzusetzen. Die
Durchflussmenge wörde sich lann linear zur länge der Kapillare verhalten. Praktisch
kommt eine solche Lösung kaum in Frage, weil die Kapillare zur Regulierung der Durchflussmenge
in ihrer Länge verändert werden müsste. Es besteht nun auch die Möglichkeit, anstelle
einer einfachen Kapillare ein enges Rohr zu versenden, in welches ein nahezu den
gleichen Durchmesser aufweisender Dorn verschiebbar einen führt ist, so dass ein
ringförmiger Kpillarkanal veränderbarer Länge gebildet wird. Je nach der Einschubtiefe
des Dornes wird dabei die ringförmige Kapillare verlängert oder verkürzt. Da es
jedoch erwünscht ist, die Durchflussmenge im Verhältnis von 1 : 50 bis 1 : 100 verändern
zu können, müsste auch eine solche Dosiervorrichtung so lang werden, dass sie praktisch
kaum anzuwenden ware. Ausserden Wäre keine Gewähr für eine fehlerlose und rasche
Bedienung einer solchen unpraktisch langen Dosiervorrichtung durch technisch nicht
genügend versiertes Personal, z.B. durch Krankenschwestern, geboten. Diese Nachteile
können durch die Erfindung behoben werden.
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Die Zrfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten,
welche aus einem rohrartigen Körper, welchem die Flüssigkeit auf der einen Seite
zugeleitet und aus welchem die Flüssigkeit auf der andern Seite abgeleitet wird,
und einen genau in diesen eingepasstem und in dessen eines Ende eingeföhrtem, in
diesem axial verstellbarem
Dorn besteht, welche dadurch gekennzeichnet
ist, dass in der Innenfläche des rohrartigen Körpers oder in der Aussenfläche des
Dornes ein nach einer Schraubenlinie verlaufender Kapillarkanal vorgesehen ist.
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Die Durchflussmenge wird bei einet solchen Vorrichtung durch axiale
Verstellung des Dornes in bezug auf den rohrartigen Körper und somit durch Veränderung
der Eingriffstiefe des Dornes im rohrartigen Körper, d.h. durch Verlängerung oder
Verkürzung des Kapillankanales nach den jeweils gestellten Forderungen einreguliert.
Der Einstellbereich ist hierbei aber bei einer gegebenen Länge der Dosiervorrichtung
dank dem nach einer Schraubenlinie verlaufenden Kapillarkanal je nach der Ganghöhe
der schraubenlinie um ein Vielfaches grösser als bei einer Dosiervorrichtung mit
geradem Kapillarkanal ringförmigen Querschnittes. kit Vorteil wird der Dorn mit
einem Gewindeteil und das Rohr mit einem zu diesem Gewindeteil passenden Innengewinde
versehen, wobei der Kapillarkanal durch Abnehmen eines Teiles des states der Gewindegänge
des Gewinde teiles des Dornes oder des Innengewindes des rohrartigen Körpers gebildet
wird. Eine solche Ausbildung der Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten
ermöglicht eine äusserst einfache und exikte Einstellung der jeweils verlangten
Durchflussmenge in sehr weiten Grenzen, die auch von ungeübten Personal sehr rasch
vorgenommen werden kann.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Vorrichtung zur
Feindosierlmg von Flüssigkeiten gemäss der Erfindung sowie Ausführungsvarianten
von Teilen der zweiten derselben dargestellt. Es zeigen: Fig.l einen axialen Schnitt
durch die erste Ausführungsform der Vorrichtun : r, Fig.2 minen axialen Schnitt
durch die zweite Ausfdhruflgsforin der Vorrichtung, Fig. 3 eine Ansicht der Vorrichtung
nach der Fig.2,
Fig.4 einen axialen Schnitt durch den Kapillarteil
einer Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Fig.2, Fig.5 einen axialen Schnitt
durch den Kapillarteil einer anderen Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der
Fig .2, Fig.6 einen axialen Schnitt durch den Kapillarteil einer dritten Au8-führungsvariante
der Worrichtung nach der Fig.2, und Fig.7 einen axialen Schnitt durch den Kapillarteil
einer vierten Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Fig.2.
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Die in der Fig .1 dargestellte Vorrichtung zur Feindosierung von
Flüssigkeiten besitst ein Rohr 1 mit geschliffener Bohrung, welches an seinem einen
Ende einen Stutzen la zum Anschliessen einer nicht darge- -stellten Ableitung, z.B.
eines Schlauches, an welchen eine Infusionsnadel angeschlossen-ist, aufweist. In
das vom Stutzen la abgewendete Ende dieses Rohres 1 ist ein geschliffener Dorn 2
in genauem Passitz allyl verschiebbar eingeführt, welcher sich nur unter Aufwendung
einer gewissen Kraft im Rohr 1 verschieben lässt, so dass er sich ungewollt nicht
verschieben kann. In dem vom Stutzen la abgewendeten Endteil des Rohres 1 ist eine
ringförmige, den Dorn 2 umgebende Kammer lb vorgesehen, in welche ein seitlich am
Rohr 1 angesetzter Einlaufstutzen lc mündet. In der Innenwand des Rohres 1 ist ein
nach einer Schraubenlinie verlaufender, gegen den Dorn 2 zu offener Kapiflarkenal
ld vorgesehen, welcher von der Kammer lb bis zum Stutsen la reicht, Bei einer solchen
Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten hängt die Durchflussmenge einer
Flüssigkeit einer bestimmten Viskosität vom Druck der Flllssigkeit und vom Durchflusswiederstand
im Kapilltrkanal ld, d.h. von dessen Querschnittsfläche und dessen wirksamer Länge,
also von der Einschiebtiefe des Dornes 2 in das Rohr 1, ab. Der Druck der Flüssigkeit
kann leicht genügend konstant gehalten werden, indem ein die Flllssigkeit enthaltendes,
verhältnismässig grosses Vorratsgegefäss
auf einer bestimmten Höhle
gelagert wird. Die wirksame Länge des Kapillarkanales ld kann durch Verschieben
des Dornes 2 im Rohr 1 verändert werden und, da die längenänderung des Kapillarkanales
ld, der nach einer Schraubenlinie verläuft, ein Vielfaches des Verschiebungsweges
des Dornes 2 beträgt, ist mittels einer verhältnismässig kurzen Vorrichtung eine
Einregulierung der Durchflussmenge in sehr weiten Garen zen möglich.
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Die Vorrichtung zur Feindosierung von FlUssigkeiten nach den Fig.
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2 und 3 besitzt einen Körper 11 aus durchsichtigem Material, dessen
eines Ende eine weite axiale Bohrung lla aufweist, an welche eine engere Gewindebohrung
llb anschliesst. Die Gewindebohrung llb mündet in ein in den Körper 11 eingesetztes,
geeichtes -Abtropfrohr 12, welches in eine im Körper 11 vorgesehene Kammer llc ragt.
Diese Kammer llc soll genügend lang sein, damit die Tropfen vom Abtropfrohr 12 frei
abfallen knd beobachtet und gezählt werden können, und dass in ihr ausserdem genügend
Raum für einen Flüssigkeitsvorrat verhanden ist. Die Kammer 11c soll deshalb mindestens
15-30 mm lang sein. Der die Kammer llc enthaltende Endteil des Körpers 11 weist
einen mit der Kammer llc verbundenen Stutzen lld zum Anschliessen der Ableitung
für die FlUssigkeit, deren Durchflussmenge reguliert werden soll, auf. Der in der
Kammer llc beim Gebrauch der Vorrichtung immer vorhandene Flüssigkeitsvorrat verhindert
das Eindringen von Luft in den Stutzen lld und damit in die Ableitung.
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Am Grunde der weiteren Bohrung lla des Körpers 11, vor dessen Gewindebohrung
llb, mündet ein seitlich am Körper in vorgesehener Anschlussstutzen lle, an welchen
die die Flüssigkeit zu Z rende Leitung ansuschliessen ist. Ein Dorn 13, welcher
in einem in die weitere Bohrung lla eingesetztem Dichtungsring 14 aus Gummi od.
dgl., welcher mit etwas Silikonfett gefettet ist, abgedichtet geführt ist, besitzt
einen Gewindeteil 13a, welcher in die Gewindebohrung llb des Körpers 11 einschraubbar
ist.
Die Gräte der Gewindegänge des Gewindeteiles 13a sind zum Teil, aber nur so weit,
dass sie noch im Eingriff mit den Gewindegängen der Gewindebohrung lib bleiben und
kein Nebenschluss entstehen kann, abgenommen. In dieser Weise wird durch den von
den Gräten der Gewindegänge des wewindeteiles 13a des Dornes 13 nicht ausgefüllten
Teil der Täler der úewindegänge der Gewindebohrung llb des Körpers 11 ein nach einer
Schraubenlinie verlaufender Kapiliarkanal geschaffen, welcher vom Grunde der Bohrung
lla, in welche die Flüssigkeit eingeleitet wird, zum Abtropfrohr 12 führt. Auf das
äussere Ende des Dornes 13 ist eine Kappe 15 fest aufgesetzt, welche das Ende des
Körpers 11 übergreift. Ein am eine Nute an diesem Endteil des Körpers 11 eingesetzter,
innen an der Kappe 15 anliegender Dichtungsring 16 aus Zellstoffwatte bildet einen
für Bakterien u. dgl. undurchdringlichen Abschluss zwischen dem Körper 11 und der
Kappe 15.
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Je weiter der Gewindeteil 13a des Dornes 13 in die Gewindebohrung
lib des Körpers 11 eingeschraubt wird, desto länger wird die wirksame Länge des
Kapillarkanales und desto geringer demzufolge die Durchflussmenge. Sind dabei die
Gräte der Gewindegänge des Gewindeteiles 13a des Dornes auf dessen ganzer länge
um gleich viel abgenommen, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, ist die Querschnittsfläche
des Kapillarkanales auf dessen ganzer länge konstant und die Durchflussmenge nimmt
linear mit der Einschraubtiefe ab. Die Gräte der Gewindegänge des Gewindeteiles
13a des Dornes 13 können aber auch, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, auf dessen
ganzer Länge, oder, wie es in der Fig.6 dargestellt ist, nur auf einem Teil derselben,
gegen das freie, vordere Ende des Gewindeteiles 13a hin gleichmässig zunehmend abgenommen
sein. Dabei vergrössert sich die Querschnittsfläche des Kapillarkanales gegen das
freie Ende des Gevwindesteiles 13a des Dornes 13. Dies hat zur Folge. dass die Durchflussmenge
beim Einschrauben des Gewinde @es 13a in @@@ @ewindebohrung
llb
des körpers 11 nicht linear, sondern progressiv abnimmt.
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Dies ist in vielen Fällen, in denen es erwünscht ist, auch bei einer
sehr geringen Dtirchflussmenge von wenigen Tropfen pro Minute noch eine exakte Feindosierung
vornehmen zu können, von grossem Vorteil. Eine weitere Verfeinerung der Dosierung
kann erzielt werden, wenn die Gräte der Gewindegänge des Gewindeteiles 13a des Dornes
13 nicht gleichmassig zunehmend, sondern, wie es in der Fig.7 dargestellt ist, soabgenommen
sind, dass die Mantellinien der diesen Gewindeteil 13a umhüllenden Botationsfläche
nach einer nicht-linearen Funktion, z.B. nach einer e-Funktion, verlaufen. Nan kann
auf diese Weise z.B. eine halblogarithmische Zu- bzw. Abnahme der Durchflussmenge
erzielen, welche für parenterale Tropfinfusionen ideal ist, da auch bei ganz geringen
Durchflussmengen von wenigen Tropfen pro Minute noch eine exakte Einregulierung
möglinh ist.
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Statt, wie es bei den vorstehend beschriebenen Ausführungen der Fall
ist, die Gräte der Gewindegänge des Gewindeteiles 13a damit Dornes 13 abzunehmen,
könnten selbstverständlich auch die Gräte der Gewindegange der Gewindebohrung Ub
des Körpers ll entsprechend abgenommen werden, wie es beispielsweise in der Fig.5
dargestellt ist.
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An dem von der Kappe 15 übergriffenen Endteil des Körpers 11 ist,
wie aus der Fig.3 zu ersehen ist, eine Skala 17 angebracht, an welcher unter benutzung
des Randes der Kappe 15 als Iddex die jeweils eingestellte Durchflussmenge einer
Flüssigkeit einer bestimmten Viskosität bei einem bestimmten Druck, z. B. einem
solchen von 100 cm H2O, z.3. als Tropfen pro Minute, als ml, abgelesen werden kann.
Voraussetzung ist hierbei, dass das Abtropfrohr 12 vorgängig geeicht worden ist.
Es kUnnen auch zwei oder mehr solche Skalen 17 vorgesehen sein, von welchen jede
einer Flüssigkeit einer bestimmten Viskosität und/oder einem bestimmten Druck zugeordnet
ist.
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Zweckmässig wird wie z. B. aus der Fig.6 ersichtlich ist, am einen,
in diesem Falle am äusseren Ende des-Gewindeteiles 13a der Grat von 1-2 Gewinctegängen
vollständig stehen gelassen. Dies ermöglicht es, die Dosiervorrichtung auch als
Abschlussorgan su verwenden. Gegebenenfalls kann man auch an beiden Enden des Gewindeteiles
13a den Grat von 1-2 Gewindegängen stehen lassen.
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Die Gewindebohrung lib des Körpers 11 und der Gewindeteil 13a des
Dornes 13 müssen sehr genau bearbeitet sein, damit kein Nebenschluss zwischen zwei
benachbarten Gewindegängen besteht. Der Grat der Gewindegänge der Gewindebohrung
llb des Körpers 11 soll einen Pressitz im Tal der Gewindegänge des Gewinde teiles
13a des Dornes 13 haben. Um dies zu erreichen, wird zumindest der Körper 11 oder
werden dieser Körper 11 und der Dorn 13 zweckmässig aus Kunststoff hergestellt,
wobei für den Dorn 13 ein hartes Material und für den Körper 11 ein etwas weicherer
und elastischer Kunststoff verwendet wird und der Durchmesser der Gewindebohrung
alb des Körpers 11 um etwa 1/1000-stel kleiner als der Durchmesser des Gewinde teiles
13a gemacht wird. Geeignete Materialkombinationen für den Körper 11 und den Dorn
13 sind Z.Be Nylon und Epoxyharz, Polyäthylen und Acrylharz, Polytetrafluormethan
und V2A-Stahl.
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Zweckmässig wird das Rohr 1 bzw. der Körper 11 aus durchsichtigem
Kunststoff hergestellt, damit das Abtropfen der Flüssigkit vom Abtropfrohr 12 in
der Kammer llc und die Füllung der Kammer llc gut kontrolliert werden können und
die Tropfen gezählt werden können. Zweckmässig wird ferner das Rohr 1 bsw. der Körper
11 sowie der Dorn 2 bzw. 13 aus Material hergestellt, welches eine Sterilisation
in Wasserdampf sulässt, ohne dass diese Teile dabei irgendwie verformt werden.
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Die beschriebenen Vorrichtungen zur Feindosierung von flüssigkei
ten sind für alle Fälle, in welchen'die Durchflussmenge einer Elüssigkeit genau
einreguliert werden soll, verwendbar, und sie eignen sich
insbesondere
in der Medizin für parenterale Infusionen aller Art und in der Chemie für die Titration
von Idsungen und für die Steuerung gewisser Prozesse durch Einführen, einer Flüssigkeit
in exakt bemessener Menge in ein Reaktionsgefäss. Von besonderem Vorteil ist dabei
die Möglichkeit, auch ganz geringe Durchflussmengen von wenigen Tropfen pro Minute
genau und sehr rasch einstellen zu können, ohne dass hiefür besonders ausgebildetes
Personal benötigt wird.
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Die beschriebenen Vorrichtungen zur Feindosierung von Flüssigkeiten
Können gegebenenfalls auch mit einem Stellmotor ausgerüstet sein, welcher die Durchflussmenge
in Abhängigkeit von einer bestimmten Grsse, z. B. bei parenteralen Infusionen vom
Blutdruck, bei chemischen Prozessen vom Druck und/oder der Temperatur im Rektionsgefäss,
automatisch genau einreguliert.
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Soll z.B. eine parenterale Infusion unter einem Druck von 100 ci
H20 vorgenommen werden, so wird die Infusionsflasche etwa 110 cm über der Einstichstelle
der Infusionsnadel aufgehängt bzw. gelagert, damit der etwa 10 cm N2O betragende
Druck in der Vene kompensiert wird.
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Zweckmässig wird in der an den Einlasstutzen lc des Rohres 1 bzw.
den Stutzen lle des Körpers il angeschlossenen Zuleitung ein in der Zeichnung nicht
dargestellter Filter vorgesehen, um von der Flüssigkeit mitgeführte feste Partikel,
bei Bluttransfusionen be-lspielsweise Blutgerinnsel, auszuscheiden.