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EINRICHTUNG ZUR REGELUNG EINES KÜNSTLICHEN BLUTZIRKULATIONSSYSTEMS
Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Regelung einem des Blutzirkulationssystems
in Apparat für künstlichen Blutkreislauf und ist zur Sicherung verschiedener Verfahren
für künstlichen Blutkreislauf bei Ausführung von Herzoperationen, Operationen der
Hauptgefäße bestimmt sowie auch zur Durchführung von Blutgroßtransfusi onen bei
Vergiftungen und von regionären Perfusionen bei anaerobem Qangrän, Tetanus, traumatischer
To xi kose u.a. Die erfindungsgemaße Einrichtung kann auch unter höheren Druckverhältnissen
der Umgebung eingesetzt werden.
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Es ist eine Einrichtung zur Regelung des Blutsirkulationssystems
am
Apparat für k(instlichen Blutkreislauf bekannt (siehe, z.B. das USA-Patent Nr.3208448,
Kl0128-1), die eine Pumpe mit Steuer- und Regelungssystem und Kraftgasegelungssystem
enthält, wobei die beiden letzteren Systeme in einem als Strahlverstärker ausgeführten
Glied vereinigt sind. Diese Einricktung weist eine hohe Zuverlässigkeit und eine
in der Praxis endlose Lebensdauer auf, da keine beweglichen Teile außer einem Blutbehälter
und einigen Ventilen zur einmaligen Benutzung vorhanden sind. ererseits sind aber
bei dieser Einrichtung die Regelungen der Blutstromkenndaten eingeschränkt und miteinander
verbunden. Um eine der regelbaren Kenndaten zu ändern, ohne die anderen in Anspruch
zu nehmen, ist gleichzeitig der Widerstand nicht nur einer, sondern mehrerer Drosseln
zu ändern. Außerdem ist diese Einrichtung gegen periphere Belastungen hoch empfindlich,
wodurch der Einsatz dieser Einrichtung gefährlich für den Patienten ist.
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Es ist noch eine Einrichtung zur Regelung des Blutzirkulationssystems
am Apparat für künstlichen Blutkreislaus bekannt (D. Brychta i Logic System Using
a Microdiaphragm Device and its Use in Medial Process Control".
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Preprints of IFAG Simposium on Fluidics London 1968 NOV), einem die
eine Pumpe mit Regelungssystem, das mit n monostabilen Mikrodiaphragma-Verstärker
bestückt ist, enthält. Die Benutzung eines mikrodiaphragma-Verstärkers ermöglicht
es,
den Gasverbrauch für-das Regelungssystem zu vermindern.
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Diese Einrichtung weist gegenüber der oben beschriebenen größere
Regelungsmöglichkeiten auf, da hier der Versuch unternommen wurde, das Regelungssystem
vom Kraftgasvertei -lungssystem zu trennen. Jedoch ist infolge Vorhandenseins einer
Rückkopplungsleitung, die die Pumpen-Luftkammer mit der Kammer des Umschalters verbindet,
und des Vorhandenseins von Reglern, die gleichzeitig auf einige Kenndaten des Blutstromes
einwirken, eine gegenseitige Verknüpfung der regelbaren Kenndaten ebenfalls vorhanden.
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Es ist auch eine Einrichtung zur Regelung des Blutsirkulationssystems
am Apparat für Künstlichen Blutkreislauf (K. Tsuchija, K. Nagakawa, J. Matsude,
I. Miura, S. Niibori, T. Jokosuka. "Artifical Heart Controlled by Fluid Amplifier")
bekannt, die zur Förderung von Blut in das Blutgefäßsystem des Patienten eine Pumpe
enthält, bei der die Kraftgaskammer pneumatisch mit einem Perfusions-Minutenvolumen-Regelungselement
verbunden ist, das mit der Kraftgasquelle in Verbindung steht. Die Einrichtung enthält
außerdem- einen Pumpen-Taktumschalter, dessen Ausgangssignal die Vertei -lungseinheit
der Kraftgasströme regelt. Die Pumpe wird durch einen Strahlveratärker geregelt,
in dem die Funktionstätigkeiten des Pumpen-Taktumschalters, der Verteilungseinheit
für Kraitgasströme und des Regelungselementes des Perfusions-Minutenvolumens vereinigt
sind.
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Der Strahlverstärker ist durch einen seiner Ausgangskanäle an die
Pumpe angeschlossen, deren Plunger an zwei zapfenförmigen Membranen angehängt ist,
die die Pumpe in drei Kammern teilen: Flüssigkeitskammer für Blut, KraÍtx gaskammer
und Außenluftkaimner. Der Plunger wird in einen Hin- und Hergang versetzt und erzeugt
dabei einen pulsie -renden Blutstrom, der durch selbsttätige Ventile gelenkt wird.
Die Regelung der Ausgangskenndaten der Pumpe erfolgt durch Drosselung von zwei Regelungsleitungen
durch zwei Drosseln. Eine der Regelungsleitunen und einer der Ausgangskanäle des
Strahlgliedes sind ständig mit der Kraftgaskammer verbunden. Liegt der Strahl in
diesem Ausgangskanal, so füllt das Gas die Kraftgaskammer aus und der Plunger wird
versetzt. Der Druckwert in dieser Kammer steigt solange an, bis an der Drossel der
Regelungsleitung, die mit der Kraftgaskainmer verbunden ist, ein Signal entsteht,
das zum Uberfuhren des Strahls in einen anderen Ausgangskanal des Strahlgliedes
ausreichend ist. Durch die Strahlsaugeigenschaften des Strahlverstärkers entsteht
in dem mit der Kraftgaskammer verbundenen Kanal und somit auch in der Kraftgaskariuner
der Pumpe ein Unterdruck und das Gas wird aus dieser Kammer abgesaugt und in die
Außenluit verdrängt. Das Absaugen erfolgt solange bis ein Unterdruck-Signal entsteht,
das zum Rückführen des Strahls
in den mit der Kraftgaskammer verbundenen
Kanal ausreichend ist.
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Die RegelunE,en der Kenndaten des Blut stromes in der Einrichtung
sind miteinander ver knüpft.' Es ist unmöglich, die Frequenz durch Abstimmung nur
eines Reglers abzuändern und dabei die Durchlässigkeit oder Schlagvolumen aufrechtzuerhalten.
Die Einrichtung ist gegen periphere Blastungen empfindlich. Bei einer Erhöhung des
Gegendruckes vermindert sich das Pertusions-kinutenvolumen infolge Verkleinerung
des Schlagvolumens.
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Somit ist ersichtlich, daß bei allen bekannten Einrichtungen zur
Regelung des Blutzirkulationssystems am Apparat für kunstlichen Blutkreislauf das
Problem der voneinander unabhängigen Regelungen und des Regelungsbereiches der Blutstromkenndaten
nicht gelöst wurde. Deshalb ist bei den bekannten Druckluftpumpen die einfache Bauart
mit einer llegelungikompliziertheit kombiniert, die bei einer Notwendigkeit der
Regelung nur einer Senndate des Blut stromes das Nachstellen einiger Regler erfordert.
Die für eine vollständige Perfusion von Patienten verschiedenen Alters und verschiedener
Körpergewichtsgruppen erforderlichen Werte des Perfußions-MinutenvolumenR bis 5...6
1/min konnten nicht erreicht werden. Dabei ist der Kraftgasverbrauch sehr groB.
Bei allen beschriebenen Einrichtungen ist eine kontinuierliche Uberwachung des Perfusions-Minutenvolumens
er- -forderlich,
da bei einer Erhörung des Arteriendruckes beim
Patienten die Leistung der Pumpe stark abfällt, wodurch eine für das Leben des Kranken
gefährliche Situation verursacht werden kann. Der Einsatz dieser Einrichtungen ist
nur beim Vorhandensein von genauen Durchflußmessern gefahrlos, die aber im Betrieb
komplizierte Geräte darstellen.
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Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der oben erwähnten Mängel.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Einrichtung
zur Regelung des Blut zirkulations systems am Apparat für kCinstlichen Blutkreislauf
zu entwickeln, die eine Stabilität der Ausgangskonndaten der Pumpe (Blutstromkenndaten)
bei Änderungen der peripheren Belastung in weitem Bereich sowie auch eine voneinander
unabhängige Regelung in einem weiten Bereich der Kenndaten (Schlagvolumen, Pulsierungsfrequenz)
des Blutstromes gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Regelung
des Blutzirkulationssystems am Apparat für künstlichen Blutkreislauf, die eine Pumpe
zum Fördern von Blut in die Arterienblutbahn des Patienten enthält, einer bei der
die Kraftgaskammer mit einem mit v Kraftgasque in Verbindung stehenden Regelungsglied
des PerSusions-Minutenvolumens verbunden ist, sowie einen Pumpen-Taktumeinen schalter,
dessen Ausgangssignal v Verteilungssatz der
Ströme des Kraftgases
regelt, das der Kraftgaskammer der erwähnten Pumpe zugeführt wird, erfindungsgemäß
für die zum Blutfördern in die Arterienblutbahn des Patienten bestimmte Pumpe einen
Pulsationsfrequenzgeber enthält, der als pulsierende Druckluftdrossel ausgeführt
ist, die ein Gehäuse, vier durch starre Mittelpunktstellen paarweise verbundene
membranen und eine starre Trennwand enthält, die mit dem Gehäuse sechs Kammern bildet,
von denen die erste und zweite zur Zuführung des Staudrucks erforderlicher GröBe
bestimmt und pneumatisch mit zwei Staudruck-Sollwertgebern entsprechend verbunden
sind, die dritte und vierte Kammer zur Zuführung von pulsationssignalen vom Ausgang
des Pumpen-Taktumschalters dienen und pneumatisch mit dem Ausgang des Pumpen-Taktumschalters
verbunden sind, die feinste Kammer zum Einführen des Speisedrucks bestimmt + eumatisch
mit der Kraftgasquelle über den pneumatischen Druckstabilisator verbunden ist, die
sechste Kammer pneumatisch über eine mit der Außenluft in Verbindung stehende regelbare
Druckluftdrossel mit dem aperiodischen Diuckluftglied verbunden ist, in dem das
Ausgangsignal des Pulsationsfrequenzgebers der Pumpe als Gasdruck entsteht, der
der tatsächlichen Pulsationsfrequenz der Pumpe proportional ist, wobei die erwähnte
starre Trennwand der Pulsationsdrossel drei miteinander in Verbindung stehende Kanäle
aufweist, von denen zwei als Düsen ausgeführt sind, die je eine in der fünften und
sechsten
Kammer der Pulsationsdrossel sitzen und die Druckluftkontakte
mit den starren Mittelpunktstellen beider Membranenpaare bilden, der dritte Kanal
aber einen Auslauf in einen konstanten Raum hat, und daß die Einrichtung einen Pulsationsfrequenz-Sollwertgeber
für die Pumpe, dessen Ausgangssignal einen Druckwert darstellt, der dem Pulsationsfrequenz
Sollwert der Pumpe proportional ist, sowie einen pneumatischen integral wirkenden
Proportionalregler (I-und P-Regler) enthält, dessen Eingängen die Signale des Pulsationsfrequenzgebers
und Pulsationsfrequenz-Sollwertgebers zugeführt werden, das Ausgangssignal aber,
das der Nichtübereinstimiiiung der Eingangsaignale entspricht, dem Regelungsglied
des Perfusion-Minutenvolumens zugeführt wird, das als Düse ausgeführt ist, deren
Durchgangsquerschnitt durch das Ausgangssignal des pneumatischen integral wirkenden
Proportional reglers mittels reegierenden Membranorgans eingestellt wird.
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Es ist zweckmäßig, den pneumatischen integral wirkenden Proportionalregler
als E"ünfmembran-Vergleichselement auszuführen, das ein Gehäuse und fünf Membranen
enthält, die durch starre Mittelpunktstellen verbunden sind und mit dem Gehäuse
sechs Kammern bilden, von denen die erste und zweite Mngangskammern darstellen und
je eine pneumatisch mit dem Ausgang des Pulsationsfrequenzgebers bzw. mit dem Ausgang
des Pulsationsfrequenz-Sollwertgebers verbunden sind, während die dritte und vierte
Ausgangakammern darstellen
und pneumatisch mit dem Regelungsglied
des Perfusions-Minutenvolumens verbunden sind, wobei in der dritten Kammer eine
regelbare Druckluftdrossel der "Düse-Klappe"-Bauart sitzt, deren Duse pneumatisch
über den pneumatischen Druckstabi-und lisator mit der Kraftgasquelle verbunden ist
ovals Klappe die Mittelpunktstelle einer der Membranen dient; in der vierten Kammer
eine regelbare Druckluftdrossel der Düse Klappe-Bauart sidtzt, deren Düse mit der
Außenluft in Verbindung steht ovals Klappe die Mittelpunkt stelle einer anderen
Membrane dient, wbhrend die fünfte Kammer eine Kammer der negativen Rückkopplung
ist und mit den Ausgangakammern des Vergleichselementes in Verbindung steht, die
sechste Kammer eine Kammer der positiven Rückkopplung ist deren Eingang pneumatisch
mit den Ausgangskammern des Vergleichselementes über die regelbare Drossel, sowie
auch pneumatisch mit dendas selben Ausgangskammern über aperiodische Drucklüftglied,
Wiederholer und feste Druckluftdrossel verbunden ist.
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Das Regelungsglied des Perfusions-Minutenvolumens kann ein Gehäuse
und ein reagierendes Dreimembranorgan enthalten, dessen Meiubranenmit dem Gehäuse
vier Kammern bilden, von denen eine mit der Kraftgasquelle verbunden und mit einer
Düse versehen ist, die pneumatisch mit der Kraftgaskammer der pumpe verbunden ist,
die zweite Kammer zum Einführen des Signals vom Ausgang des pneumatischen integral
wirkenden Proportionalreglers dient, die dritte Kammer pneumatisch
mit
der Kraftgasquelle über den pneumatischen Druckstabilisator und eine regelbare Druckluftdrossel
verbunden ist, die vierte Kammer pneumatisch mit der Kraftgasquelle über den pneumatischen
DruckstabiLisator und eine I)ruckluftdrossel verbunden ist und auch durch die zweite
Düse mit der Außenluft in Verbindung steht.
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In der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung des Blutzirkulationssystems
am Apparat für künstlichen Blutkreislauf ist durch die Einführung eines Pumpenpulsationsfrequenzgebers,
eines Pumpen-Pulsationsfrequenz-Sollwertgebers und eines pneumatischen integral
wirkenden Proportionalreglers, die alle die Regelung der Pumpen-PLlsationsfrequenz
bewerkstelligen, die Stabilität der Ausgangskenndaten der Pumpe (der Blutstromkenndaten)
bei Änderungen der peripheren Belastungen in weitem Bereich gewährleistet, einem
eine voneinander unabhängige Regelung in Vweiten Bereich der Blutstromkenndaten
(Schlagvolumen, PulsationsSrequenz) und somit eine einfache Bedienung der Pumpe
erreicht. Die Sinrichtung ist außerdem gegenüber Einrichtungen, die ein Regelungssystem
bestückt mit Strahlgeräten aufweisen, in bezug auf den Gasverbrauch wirtschaftlicher,
wobei kleine Ausmaße und geringes Gewicht eingehalten sind.
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Nachstehend wird die erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
und der beigelegten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist das Prinzipschema
der
Einrichtung zur Regelung des Blutzirkulationssystems am Apparat für ktinstlichen
Blutkreislaut dargestellt.
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Die errindungsgemaße Einrichtung zur Regelung des Blutzirkulationssystems
am Apparat für künstlichen Blutkreislauf enthält die miteinander pneumatisch verbundenen:
Pumpe 1 zum Blutpumpen in die Arterienbahn des Patienten, Speisequelle 2, Taktunschalter
3 der Pumpe 1, Kraftgas-Verteilungssatz 4, Iullsati onsfrequenageber 5 der Pumpe
1, Pulsationsfrequenz-Sollwertgeber 6 der Pumpe 1, pneumatischer integral wirkender
Proportionalregler 7, Regelungsglied 8 des Perfusions-Minutenvolumens.
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Die Pumpe 1 enthält das Gehäuse 9, Membranen 10, 11, deren starre
Mittelpunktstellen als Plunger 12, 13 des Kolbens 14 dienen. Die Membranen 10, 11
bilden gemeinsam mit, dem Gehäuse 9 drei Kammern: Flüssigkeitskammer 15, Kraftgaskaiiimer
16 und Außluftkammer 17. In der Flüssigkeitskammer 15 sind Ventile 18, 19, die einen
gerichteten Blutstrom gewährleisten, angeordnet. Die Außenluftkammer 17 hat einen
Auslauf zur Außenluft durch das Ventil 20 (die Richtung ist durch den Pfeil 'tA'aangegeben).
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Die Speise.quelle 2 gesihrleistet den Solldruck in der Einrichtung.
Die Speisequelle 2 enthält die Kraftgasquelle 21 und den pneumatischen Luftdruckstabilisator
22, der am Ausgang einen stabilen Druck von 1,4 atü sichert, welcher zum Speisen
der Druokluftautom'atikglieder, mit denen das
Regelungssyastem
der Einrichtung bestückt wird, erforderlich ist.
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Der Taktumschalter 3 der Pumpe 1 enthält ein Speicherelement, das
aus dem abgefederten Dreimembranenrelais 23 und dem ODER-Kugelelement 24 besteht,
sowie zwei Druckluftkontakte 25 und 26 der 1Düse-Klappe"-Bauart, deren Elappen 27
und 28 an den Plungern 12, 13 sitzen. Die Diese 29 des Druckluftkontaktes 25 ist
feststehend. ,Die Düse 30 des Druckluftkontaktes 26 ist verschiebbar und kann durch
den Handgriff 31 in verschiedener Höhe eingestellt werden. Das Relais 23 enthält
das Gehäuse 32, ein reagierendes Organ, das drei Membranen 33 aufweist, die mit
dem Gehäuse 32 vier Kammern bilden: Speisekammer 34, zwei Befehiskammern 35 und
36 und Abf lußkammer 37, die alle durch die starren Mittelpunktstellen 38 und Achse
39 verbunden sind. In der Abf luB-kammer 37 sitzt eine Feder 40, die die obere Ausgangsstellung
der Membranen 33 bestimmt. Die Kammer 37 steht mit der AußenLuft in Verbindung (die
Verbindung erfolgt in Richtung des Pfeils B). In der Speisekammer 34 und in der
Abflußkammer 37 sind zwei Druckluftkontakte 41 und 42 der "Düsen-Klappen"-Bauart
angeordnet. Das ODER-Kugelelement 24 besteht aus dem Rohr 43, an dessen Stirnseiten
die Düsen 44 und 45 sitzen, und aus der Kugel 46, die einen £)ruckluftkontakt mit
einer der Iqüsen 44 und 45 nacheinander bilden kann. Das Ausgangssignal des Taktschalters
3 der Pumpe 1
wird aus der Kammer 34 entnommen. Der Ausgang des
Druckluftkontaktes 25 steht mit der Kammer 36 des Relais 23, der Ausgang des Druckluftkontaktes
26 aber über die Düse 44 mit dem Eingang I des ODER-Kugelelementes 24 in Verbindung.
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Der Ausgang des Pumpen-Taktumschalters 3 steht über den Druckluftkontakt
42 mit der Kammer 37 des Relais 23 und über die Düse 45 mit dem Eingang II des ODER-Elementes
24 in Verbindung. Der Ausgang des ODER-Bugelelementes g4 ist pneumatisch mit der
Befehiskammer 35 verbunden. Die Drucklultdrosseln 47 und 48 dienen zur Einstellung
des entsprechenden Pegels der von den Druckluftkontakten 25 und 26 zugeführten Befehlssignale.
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Der Verteilungssatz 4 der Kraftgasströme enthält Strahlsauger 49,
Stellwerk 50, Regler 51 der Systolen- und Diastolendauer. Der Strahlsauger 49 weist
die Düse 52,, Mischkammer 53 und den Diffusor 54 auf. Das Stellwert 50 enthält das
Gehäuse 55, die Membrane 56 mit der starren Mittelpunktstelle 57, die die Befehlskammer
58 und Außenluitkammer 59 bilden. Die Befehlskammer 58 steht mit dem Ausgang des
Taktumschalters 3 der Pumpe 1 in Verbindung.
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Die Außenluftkaininer 59 steht mit der Außenluft in Verbindung (die
Verbindung erfolgt in Richtung des Pfeils C) und ist über die Düse 60 pneumatisch
mit dem Ausgang des Difi'usors 54 verbunden. In der Außenluftkammer 59 sitzt eine
Feder 61, die die obere Ausgangsstellung der Membrane 56
bestimmt.
Der Regler 51 der Systolen- und Diastolendauer besteht aus dem Dreimembranrelais
62 und zwei regelbaren Druckluftdrosseln 63 und 64. Das Relais 62 enthält ein Gehäuse
65, ein reagierendes Organ, das drei Membranen 66 aufweist, die durch starre Mittelpunktstellen
67 und die Achse 68 verbunden sind und die mit dem Gehäuse 65 die Arbeitskammern
69 und 70, die Außenluftkammer 71 und die Befehlskammer 72 bilden. In den Arbeitskammern
69, 70 sitzen die Druckluftkontakte e 73 und 74. Der Ausgang der ischkammer 53 des
Strahlsaugers 49 steht mit den Arbeitskammern 69, 70 und der Befehlskammer 72 des
Relais 62 in Verbindung, die Ausgänge der Druckluftkontakte 73 und 74 aber sind
pneumatisch mit der Kraftgaskammer 16 der Pumpe 1 verbunden. Die Außenlu£tkammer
steht mit der Außenluft in Verbindung (die Verbindung erfolgt in Richtung des Pfeils
D).
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Der Pulsationsfrequenzgeber 5 der Pumpe 1 enthält Druckluit-Piilsationsdrossel
75, Staudruck-Sollwertgeber 76 und 77, regelbare Druckluftdrosseln 78, 79, 80 und
81 und den konstanten Raum 82.
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Die Driicklut-£lsationsdrossel 75 enthält ein Gehäuse 83, vier Membranen
84, die paarweise durch die starrea Mittelpunktstellen 85 und 86 und Achsen 87 und
88 verbunden sind. Außerdem weist noch die Druckluft-Pulsationsdrossel 75 eine steife
Zwischenwand 89 auf. Die Membranen 84
und die steife Zwischenwand
89 bilden mit dem Gehäuse 83 sechs Kammern: Hochstaudruckkammer 90, niederstaudruckkammer
91, Befehlskammern 92 und 93, Speisekammer 94 und Ausgangskammer 95. Die Hochstaudruckkammer
90 ist mit dem Staudruck-Sollwertgeber 76 verbundene Die N,iederstaud'ruckkammer
91 ist mit dem Staudruck- Sollwertgeber 77 verbunden.
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Die Befehlskammerzi 92 und 93 sind mit dem Taktumschalter 3 der Pumpe
1 verbunden. Die Kammern 94 und 95 sind durch drei in Verbindung stehende Kanäle.mit
dem konstanten Raum 96 verbunden. Zwei dieser Kanäle sind als Düsen 97 und 98 ausgeführt,
die in der Kammer 94 bzw. 95 sitzen und Druckluftkontakte mit den Mittelpunktstellen
85 und 86 der, beiden Paare aus membranen 84 bilden. Der dritte Kanal läuft im Inneren
der steifen Zwischenwand 89 und weist einen Auslauf in den konstanten Raum 96 auf.
Ein jeder der Staudruck-Sollwertgeber 76 und 77 enthält ein Gehäuse 99 und eine
Membrane 100, die zwei Kammern 101 und 102 bilden.
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Die starre Mittelpunktstelle 103 der Membrane 100 dient als Klappe
der Düse 104, die mit der Außenluft in Verbindung steht (die Verbindung erfolgt
in Richtung des Pfeils E).
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Die Feder 105 bestimmt die Ausgangsstellung der Membrane 100.
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Die Spannkraft der Feder wird durch das Handrad 106 geregelt. Die
Druckluftdrosseln 78 und 79 gewährleisten am Eingang der Staudruck-Sollwertgeber
76 und 77 die erforderlichen Kenndaten des Gasverbrauchs und -drcks.
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Die regelbare Druckluftdrossel 80 steht mit der Außenluft in Verbindung
(die Verbindung erfolgt in Richtung des Pfeils F). Die regelbare Druckluftdrossel
81 und der konstante Raum 82 bilden das pneumatische aperiodische Glied.
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Der Pulsatlonsfrequenx-Sollwertgeber 6 der Pumpe 1 enthält ein Gehäuse
107 und eine membrane 108, die mit dem Gehäuse zwei Kammern 109, 110 bildet. Die
starre Mittelpunktstelle 111 der Membrane 108 dient als Klappe der Auslaufdüse 112,
die mit der Außenluft in Verbindung steht (die Verbindung erfolgt in Richtung des
Pfeils G). Die Feder 113 bestimmt die Ausgangsstellung der Membrane 108. Die Spannkraft
der Feder 113 wird durch das Handrad 114 geregelt. Die Drucklu£tdrossel 115 gewährleistet
am Eingang des Pumpenpulsationsfrequenz-Sollwertgebers 6 die erforderlicri'en Kenndaten
des Gasverbrauchs und -drucks.
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Der pneumatische integral wirkende Proportionalregier 7 ist mit dem
fünfmembranen-Vergleichselement 116 bestückt, das ein Gehäuse 117 und Sünf Membranen
118, die durch die starren Mittelpnnktstellen 119 und Achse 120 verbunden sind,
enthält. Die Membranen 118 bilden mit dem Gehäuse 117 sechs Kammern: Einlaufkammern
121, 122, negative Räckkopplungskammer 123, positive Ruckkopplungskaamer 124, Auslaufkammern
125 und 126. Die Einlaufkammern 121 und 122 dienen zum Einführen vergleichbarer
Druckwerte von den Ausgängen des Pulsationsfrequenzgebers 5 der Pumpe 1 und
des
Pulsationsfrequenz-Sollwertgebers 6 der Pumpe 1. Die Auslaufkammern 125 und 126
und die negative Rückkopplungskammer 123 stehen miteinander in Verbindung. In einer
jeden der Auslaufkammern 125 und 126 sitzt eine Düse,-di'e mit den Randmembranen
118 veranderliche Druckluftdrosseln 127 und 128 der "Düse-Klappe"-Bauart bilden.
Die Düse der veränderlichen Drossel 127 steht über den pneumatischen Luftdruckstabilisator
22 mit der Kraftgasquelle 21 in Verb;in -dung. Die Duse der veränderlichen Drossel
128 steht mit der Außenluft in Verbindung (die Verbindung erfolgt in Richtung des
Pfeils H). Die Lage der Düsen an den veränderlichen Drosseln 127 und 128 längs der
Achse des Vergleichselementes 116 kann eingestellt werden, wodurch eine hohe Genaugkeit
der Abstimmung des Reglers 7 gesichert wird. Die nicht regelbare Drossel 129 und
die regelbare Drossel 132 bilden ein Drosselsummierungsgerät. Der Druckluftbehälter
131 und die unregelbare Drossel 132 bilden in der positiven Ruckkopplungslinie ein
aperiodisches Glied, dessen Verstärkungsfaktor infolge des Vorhandenseins eines
Wiederholers 133 gleich 1 ist. Der Wiederholer 133 ist zur Herausgabe eines Druckluftsignals
bestimmt, das in bezug auf den Druckwert gleich dem Eingangssignal ist. Der Wiederholer
enthält ein Gehäuse 134 und eine Membrane 135, die mit dem Gehäuse 134 zwei Kammern
136 und 137 bildet. Die Menibrane 135 dient auch als Klappe für die Düse 138, die
mit der Außenluft in
Verbindung steht (die Verbindung erfolgt in
Richtung des Pfeils J ). Die Druckluftdrossel 139 gewährleistet die erforderlichen
Kennwerte des Gasverbrauchs und -drucks.
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Das Regelungsglied 8 des Per£usions-Minutenvolumens enthält ein Gehäuse
140 und Membranen 141, 142 und 143, die durch die starren Mittelpunkt stellen 144
und Achse 145 verbunden sind. Das Gehäuse 140 und die llembrarlen 141, 142 und 143
bilden vier Kammern: Speisekammern 146 und 147, Befehlskammer 148 und Auslaufkammer
149. In der Speisekammer 147 sitzt eine Düse 150 die mit der Außenluft in Verbindung
steht (die Verbindung erfolgt in Richtung des Pfeils K).
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In der iuslaufkammer 149 sitzt die Düse 52 des Strahlsaugers 49. In
der Achse der Düse 52 sitzt eine kegelförmige Nadel, die in der starren Mittelpunktstelle
144 der Membrane 141 angeordnet ist. Durch eine Verschiebung der Nadel längs der
Achse der Düse 52 wird eine änderung des Durchgangsquerschnittes der Düse 52 erreicht.
Die Kammer 149 steht mit der Kraftgasquelle 21 in Verbindung. Die Speisekammern
146 und 147 stehen miteinander in Verbindung und sind pneumatisch über den pneumatischen
Druckstabilisator 22 und die, regelbare Drucklurtdrossel 151 mit der Kraftgasquelle
21 verbunden. Die Betehlskasmer 148 dient zum Einführen des Ausgangssignals vom
Regler 7.
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Eine jede der Drosseln 47, 48, 63, 64, 78, 79, 80, 81, 115, 129,
130, 132 und 151 ist als kegelförmige Schlitzdrossel
ausgeführt,
die durch eine kegelförmige Nadel und kegelförmige Buchse gebildet ist. Eine Änderung
des Drossel widerstandes erfolgt durch Verschiebung der Nadel längs der Bächsenachse.
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Der Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung des BlutzirkulationsRystems
am Apparat für künstlichen Blutkreislauf verläuft in folgender Weise.
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Nachdem die Flussigkeitskammer 15 der Pumpe 1 mit Blut gefüllt ist,
der Kolben 14 seine. Unterstellung eingenommen und der Pl1nger.13 den Druckluftkontakt
26 gelöst hat, wird das Gas aus der Speisequelle 2 über die Drossel 48 dem Eingang
I des ODER-Kugelelementes 24 zugeführt. Unter Einwirkung des zueführten Druckes
wird die Kugel 46 abwärts verschoben, löst den Druckluftkontakt mit der Düse 45
und schließt den Druckluftkontakt mit der Düse 44, wodurch eben der Weg für das
Gas in die Befehlskammer 35 des Relais 23 geöffnet ist. Unter Einwirkung des Druckgases
in der Kammer 35 werden die Membranen 33 des Relais 23 nach unten versetzt, wobei
sie den Widerstand der Feder 40 überwinden. Der Druckluftkontakt 42 löst sich, der
Druckluft kontakt 41 aber schließt. Das Gas wird über die Düse des Druckluftkontaktes
41, Kammer 34 der Befehlskammer 58 des Stellwerks 50 am Verteilungssatz 4 der Kraftgasstöme
zugeleitet. Infolge des ausgeübten Druckes wird die Membrane 56
des
Stellwerks 50 nach unten vre.tzt, wobei sie den Widerstand der Feder 61 überwindet
und die starre Mittelpunktstelle 57 der Membrane 56 schließt die Düse 60 ab, die
mit der Ausgangsöffnung des Diffusors 54 im Strahlsauger 49 verbunden ist. Vor der
Kraftgasquelle 21 wird das Kraftgas über die Düse 52 und Mischkammer 53 der Befehlskammer
72 und den Arbeitskammern 69 und 70 zugeleitet. Durch die Differenz der effektiven
Flächen an den Membranen 66 werden infolge Einwirkung des Drucks in der Kammer 72
die Membranen 66 nach links so verschoben, daß der Druckluftkontakt 74 schließt,
der Druckluftkontakt 73 aber geöffnet wird. Das Kraftgas wird über die Düse des
Druckluftkontaktes 74 und die Drossel 63 der Kraftgaskammer 16 der Pumpe 1 zugeleitet.
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Unter Einwirkung des Kraftgases beginnt der Kolben 14 der Pumpe 1
sich nach oben zu versetzen, wobei er das Blut aus der Kammer 15 der Pumpe 1 verdrängt.
Die Düse 30 des Druckluftkontaktes 26 öffnet sich in Richtung zur Außenluft, und
dem Eingang I des ODER-Kugelelementes 24 wird kein Steuersignal zugeführt. Das Ausgangssignal
des Taktumschalters 3 der Pumpe 1 wird jedoch dem Eingang II des ODER-Kugelelementes
24 zugeführt.' Bei Unterbrechung des Eintreffens eines Steuersignals in den Eingang
I wird die Kugel 46 infolge Druckeinwirkung am Eingang II in die Oberstellung geworfen
und der Kammer 35 des Relais 23 wird das Ausgangssignal des Taktumschalters 3 der
Pumpe 1 zugeführt.
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Dadurch bleiben die Membranen 33 des Relais 23 in der Unterstellung
zurück, d.h. das Signal wird aufgespeichert.
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Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 14 wird durch die Drossel
63 geregelt.
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Sowie der Kolben 14 gegen, den Anschlag steht und die Klappe 27 die
Düse 29 des Druckluftkontaktes 25 abschließt, öffnet sich der Druckluftkontakt 25
und das Gas wird von der Speisequelle 2 über die Drossel 47 der Kammer 36 des Relais
23 zugeführt. Die Membranen 33 werden nach oben versetzt, der Drckluftkontakt 41
öffnet sich und der Druckluftkontakt 42 schließt. Das Gas wird aus den Kammern 34
und 37 des Relais 23 und aus der Befehlskammer 58 des Steilwerks 50 über die Düse
des Druckluftkontaktes 42 in die Außenluft abgeblasen. Die Feder 61 preßt die Membrane
56 nach oben ab. Das Kraftgas wird über Düse 52, Mischkammer 53 und Diffusor 54
des Strahlsaugers 4i Düse 60 und Außenluftkammer 59 des Stelwerks 50 in die Außenluft
abgeblasen. Dabei wird das Kraftgas aus den Kammern 69* 70 und 72 des Reglers 51
der Systolen- und Diastolendauer abgesaugt. Infolge Unterdrucks versetzen sich die
Membranen 66 nach rechts, wobei sie den Druckluftkontakt 74 öffnen und den Druckluftkontakt
73 schließen, das Kraftgas aus der Kraftgaskammer 16 der Pumpe 1 wird über Drossel
64, Mischkammer 53, Diffusor 54 des Strahlsaugers 49, Duse 60 und Außenluftkammer
59 des Stellwerks 50 in die
Außenluft abgesaugt. Durch die Drossel
64 kann die Diastolendauer, d.h. die Ausströmungsgeschwindigkeit des Kraftgases
aus der Kraitgaskammer 16 der Pumpe 1 geregelt werden.
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Der Kolben 14 wird infolge Unterdrucks in der Kraftgaskammer 16 nach
unten versetzt. Der Druckluftkontakt 25 schließt, die Düse 29 öffnet sich in Richtung
zur Außenluft, und der Kammer 36 wird kein Steu6signal zugeführt. Die Membranen
33 bleiben jedoch Einfolge Spannung der Feder 40 in Oberstellung zurück (das Signal
wird "autgespeichert").
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Die Regelung der Pulsationsfrequenz; der Pumpe 1 erfolgt durch den
Pulsationsfrequenzgeber 5 der Pumpe 1, den Pulaationsfrequenz-Sollwertgeber 6 der
Pumpe 1 und den pneumatischen integraVnirkenden Proportionalregler 7.
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Während der Diastole wird der Druck vom Ausgang des Taktumschalters
3 der Pumpe 1 und aus den Kammern 92 und 93 der Druckluft-Pulsationsdrossel 75 in
die Außenluft abgeblasen. Infolge des größeren Staudruckwertes, der der Kammer 90
durch den Sollwertgeber 76 zugeführt wird, senkt sich das obere Membranenpaar 64,
wobei die Düse 97 gesperrt und eben dadurch der konstante Raum 96 von der Kammer
94 und von der Speisequelle 2 getrennt wird. Danach senkt sich infolge des kleineren
Staudruckwertes, der durch den Sollwertgeber 77 der Kammer 91 zugeführt wird, das
untere Membranenpaar 84. Die Düse 98 öffnet sich und setzt hiermit den konstanten
Raum 96 mit der Ausgangskammer
95 in Verbindung. Auf diese Weise
strömt das Gas während der Diastole aus dem Behälter 96 durch die regelbare Drossel
80 in die Außenluft und füllt gleichzeitig den konstanten Raum 82 des aperiodischen
Gliedes aus.
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Während der Systole wurden die Membranen 84 infolge des vom Ausgang
des Taktschalters 3 der Pumpe 1 den Kammern 92 und 93 der Drti,ckluft-Pulsationsdrossel
75 zugeführten Druckes nach oben versetzt.Da der Staudruck in der Kammer 91 ums
Doppelte kleiner als derjenige in der Kammer 90 ist, steigt zunächst das untere
Menibranenpaar 84 und schließt dabei die Düse 98 ab, wodurch die Kammer 95 vom Behälter
96 getrennt wird. Danach steigt das obere Membranenpaar und öffnet dabei die Düse
97, wodurch der Behälter 96 mit der Kammer 94 und der Speisequelle 2 in Verbindung
gesetzt werden. Der Behälter 96 beginnt mit Gas ausgefüllt zu werden, und der Druck
in seinem Inneren steigt an. Gleichzeitig strömt das Gas aus dem Druckluftbehälter
82 über wie Drosseln 80 und 81 in die Außenluft. Somit stellt sich ein pulsierender
Betrieb in der aperiodischen Gruppe ein.
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Das durchschnittliche Druckniveau, in dessen Bereich die Pulsation
verläutit, ist der Pulsationsfrequenz der Pumpe 1 proportional. Je höher die Pulsationsfrequenz
der Pumpe 1, ist desto größer ist das durchschnittliche Druckniveau im Behälter
82 und umgekehrt, je nieariger die Pulsationsfrequenz der Pumpe 1, ist desto kleiner
ist das durchschaittliche
Druckniveau im Behälter 82. Der Druckpulsationsgrad
im Behälter 82 und der Änderungsbereich des durchschnittlichen Druckniveas bei minderung
der Pulsationsfrequenz der Pumpe 1 köiinen durch Abstimmung der Drosseln 80 und
81 geregelt werden. Bei einer entsprechenden Abstimmung können die Pulsationen auf
ein Minimum zurückgeführt werden, das durch die Unempfindiichkeitszone des Reglers,7
bestimmt wird, bei welchem dem einen seiner Eingänge das Ausgangssignal des Pulsationsfrequenzgebers
5 der Pumpe 1 zugeführt wird. Der Änderungsbereich des durchschnittlichen Druckniveaus
im Behälter 82, d.h. am Ausgang des Pulsationsfrequenzgebers 5 der lampe 1 wird
in Ubereinstimmung mit dem Betriebsdruckbereich des Reglers 7 eingestellt.
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Auf diese Weise entsteht am Ausgang des Pulsationsfrequenzgebers
5 der Pumpe 1 ein Druck, der der tatsächlichen Pulsationsfrequenz der Pumpe 1 proportional
ist.
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Der Betrieb der Staudruck-Sollwertgeber rV6 und 77 verläuft in folgender
Weise Durch Drehung des Handrades 106 word die Spannkraft der Feder 105 eingestellt,
die bei einem Solldruckwert in der Kammer 102 eine bestimmte Lage der Membrane in
bezug auf die Düse 104 gewährleistet. Steigt wird der Druckwert in der Kammer 102
an, d.h.die Kraft, die das Gas auf die Membrane ausübt, größer als die Spannkraft
der Feder 105, erfolgt eine Versetzung der Membrane 100 nach oben, wobei die Düse
104 geöffnet wird,
wodurch das Gas aus der Kammer 102 solange in
die Außenluit abgeblasen wird, bis der Gasdruckwert in der Kammer 102 dem Solldruckwert
gleich ist. Nimmt der Druckwert in der Kammer 102 ab, so versetzt die Feder 105
die Membrane 100 in Richtung zur Düse 104, und das Abblasen des Gases in die Außenluft
wird solange vermindert, bis der Gasdruckwert in der Kammer 102 dem Solldruckwert
gleich ist.
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Der Ptilsationsfrequenz-Sollwertgeber 6 der Pumpe 1 stellt einen
pneumatischen Solldruckwertgeber dar, der ähnlich den Staudruck-Sollwertgebern 76
und 77 inbetriebsteht und in Pulsationsfrequenzwerten mit einem Proportionalitätsfaktor,
der demjenigen des Pulsa-ti onsirequenzgebers 5 der Pumpe 1 gleich ist, geeicht
wird.
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Die Ausgangs signale des Pulsationsfrequenzgebers 5 der Pumpe 1 und
des Pulsationsfrequenz-Sollwertgebers 6 der Pumpe 1 werden den zwei Eingängen des
Vergleichselementes 116 zugeführt. Der Druckwert vom Pulsationsfrequenzgeber 5 der
Pumpe 1 wird in die Kammer 121 des Vergleichselementes 116, der Druckwert vom Palsationsfrequenz-Sollwert
geber 6 der-Pumpe 1 aber in die Kammer 122 des Vergleichselementes 116 eingeführt.
Ist die tatsächliche Pulsationsfrequenz der Sollfrequenz nicht gleich, so entsteht
eine Druckdifferenz in den Kammern 121 und 122, die eine Versetzung der membranen
118 verursacht.
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Ist die Sollfrequenz größer als die tatsächliche
(z.B.
infolge Ansteigens des Druckes in der Blutgefäßbahn des Patienten), entsteht eine
Versetzung der Membranen 118 nach unten, wobei der Widerstand der veränderlichen
Drossel 128 erhöht, der Widerstand der veranderlichen Drossel 127 aber vermindert
wird. Der Druckwert am Ausgang des integral wirkenden Proportionalreglers 7 steigt
an.
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Der angestiegene Druck wird über die regelbare Drossel 129 der positiven
Rückkopplungskammer 124 zugeführt. Dieses angestiegene Ausgangssignal wird gleichzeitig
derselben Kammer 124 über das aperiodische Glied zugeführt, das den Druckluftbehälter
131, die Drossel 132, den Wiederholer 133 und die nicht-regelbare Drossel 130 enthält.
Bei einer Druckwertänderung am Ausgang des Druckluftbehälters 131 und folglich auch
in der Kammer 136 des Wiederholers 133 wird der Gleichgewichtszustand der Membrane
135 gestört und sie nimmt eine neue Gleichgewichtsstellung an. Der Spielraum zwischen
Düse 138 und blembrane 135 wird in Abhaagigkeit von der Richtung der Druckänderung
am Auslauf des Druckluftbehälters 131 größer oder kleiner als der vorher vorhandene
Spielraum. Dadurch wird am Ausgang des Wiederholers 133 die Einstellung eines Signals
erreicht das in bezug auf den Druckwert dem Einan£-ssignal gleich ist, außerdem
aber gewährleistet das Vorhandensein der Blindkammer 136 einen Verstärkungsfctor
des aperiodischen Glieaex, der gleich 1 ist. Durch aus Vorhandensein einer positiven
aückkopplung
wird die Druckdifferenz an der Membrane 118 vergrößert.
Der Ausgangsdruck wird gleichzeitig direkt in die negative Ruckkopplungskammer 123
eingeführt, und dieser Druck ist bestrebt, die Stellung der Membrane 118 auszugleichen.
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Durch das Vorhandensein einer negativen Rä.ckkopplung ist die Versetzung
der Membranen 118 gering. Der integral wirkende Propoftionalregler 7 steht gemäß
dem Kraftausgleichsgrundsatz im Betrieb. Der angestiegene Ausgangsdruckwert wird
vom integral wirkenden Proportionalregler 7 der Befehlskammer 148 am Regelungsglied
8 des Ferfusions-Minutenvolumens zugeführt.
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Unter Einwirkung des angestiegenen Druckwertes vom Ausgang des Reglers
7 werden die Membranen 141, 142, 143 am Regelungsglied 8 des Perfusions-Minutenvolumens
nach unten versetzt. Die der Düse 52 zugehörige kegelSörmige Nadel, die in der starren
Mittelpunktstelle 144 der Membrane 141 angeordnet ist, wird aus der Düse 52 nach
außen verschoben und vergrößert dabei die Durchgangsquerschnittsfläche dieser Düse
52. Der Kraftgasverbraiich durch die Düse 52 nimmt zu, und die Pulsationsfrequenz
der pumpe 1 steigt an. Gleichzeitig wird die Düse 150 durch die starre Mittelpunktstelle
144 der Membrane 143 gesperrt, wodurch das abblasen des Gases aus der Kammer 146
über die Kammer 147 und Düse 150 am Regelungsglied 8 des Perfusions-nutenvolumens
vermindert wird. Solange das Signal vom Regler 7
anwächst, steigt
auch der Druckwert in der Kammer 146 an.
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Wenn die tatsächliche Pulsationsfrequenz der Pumpe 1 den Sollwert
nehmen wird, werden die Druckwerte in den Kami mern 121 und 122 des Vergleichselementes
116 einander gleich sein und die Versetzung der Membranen 118 hört auf. Das Ausgangssignal
des Reglers 7 bleibt auf dem neuen Pegel zurück, der durch die Integralkomponente
der Difterenz der Ausgangssignale an der positiven Rückkopplung bestimmt wird.
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Der neue Pegel des Ausgangssignals vom Regler 7 und das neue Druckniveau
in der Kammer 146 halten den Innenkörper der Düse 52 in einer neuen Stellung zurück,
die der neuen peripheren Belastung entspricht, wobei die Pulsationssollfrequenz
der Pumpe 1 gewährleistet wird. Somit wird bei einem festgelegten Schlagva lumen
der Pumpe 1 das Perfusions-Sollminutenvolumen gewährleistet.
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Ändert sich die periphere Belastung in solcher Weise, daß die tatsächliche
Pulsationsfrequenz der Pumpe 1 (bei einer Druckverminderungin der Blutgefäßbahn
des Patienten u.a.) gegenüber der Sollfrequenz ansteigt, so ist die Beanspruchung
der Membranen 118 des Vergleichselementes nach oben gerichtet. Die xembranen 118
werden nach oben versetzt.
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Der Widerstand der veränderlichen Drossel 127 steigt an.
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Der Widerstand der veranderlichen Drossel 128 nimmt ab, und der Ausgangsdruckwert
des integral wirkenden Proportio nalreglers 7 nimmt ebene'alls ab. Infolge Verminderung
des
Druckwertes in der Kammer 148 werden die Membranen 141, 142,
143 am Regelungsglied 8 des Perfusions-Minutenvolumens nach oben versetzt. Die kegelförmige
Nadel der Düse 52 wird in das Innere der Düse 52 verschoben und verkleinert dabei
die Durchgangsquerschnittsfläche der letzteren sowie den Kraftgasverbrauch durch
die Düse 52.
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Der Widerstand der Düse 150 nimmt ab, und das Gasabblasen aus der
Kammer 146 in die Außenluft steigt an. Die Pulsationsfrequenz der Pumpe 1 nimmt
ab.Wenn die tatsächliche Pulsationsfrequenz der Pumpe 1 der Sollfrequenz gleich
werden wird, hört die Versetzung der Membranen 118 auf.
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Es erfolgt eine Unterbrechung der Verminderung des Ausgangssignals
des integral wirkenden Proportionalreglers 7, und das Signal bleibt auf dem neuen
Pegel zurück. Eine Versetzung der Membranen 141, 142, 143 am Regelungsglied 8 des
Perfusions-Minutenvolumens wird unterbrochen, und die kegelförmige Nadel der Düse
52 wird auf dem neuen Stand, der der neuen peripheren Belastung entspricht, zuruckgehalten.
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Auf diese Weise wird die Konstanz der Pulsationssollfrequenz der
Pumpe 1 bei einer Änderung des Schlagvolumens und der peripheren Belastung eingehalten
sowie eine voneinander unabhängige Regelung der Blutstromkenndaten in weitern Bereich
gewährleistet.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet eine Regelung der
Sulsationstreguenz im Bereich von 60 bis 120
Schlägen/min., eine
Regelung der Leistung von 0 bis 5.. .6 LJmin sowie das Einhalten mit einer Genauigkeit
von 3% der Leistung im erwähnten Frequenzbereichauch bei Änderungen des Gegendruckes
in der Blutgefäßbahn des Patienten bis um 200 mm QS.