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Schlauchklemme Die Erfindung betrifft eine Schlauchklemme zur Regulierung
einer durch einen flexiblen Schlauch strömenden Flüssigkeitsmenge mit einem Gehäuse
aus zwei Seitenwänden, einem schrägverlaufenden Boden und in den Seitenwänden angeordneten
Führungsnuten zur dreh- und gleitbaren Lagerung einer Rolle, die den Schlauch mit
ihrer Umfangsfläche unter bestimmter Veränderung seiner Querschnittsfläche gegen
den Boden preßt.
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Solche Schlauchklemmen finden beispielsweise Anwendung bei medizinischen
Tropfvorrichtungen, mit deren Hilfe einem Patienten eine Flüssigkeit über einen
Schlauch tropfenweise zugeführt wird. Der Schlauch kann beispielsweise mit einem
Bluttransfusions-Beutel oder einem ein flüssiges Arzneimittel enthaltenden Beutel
verbunden sein.
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Die bekannten Schlauchklemmen der angegebenen Gattung, bei denen zur
Pressung des Schlauches eine Rolle verwendet wird, haben diejenigen älteren Schlauchklemmen
abgelöst, bei denen der Schlauch durch eine Schraube gepreßt wurde. Die Schlauchklemmender
letztgenannten Art hatten den Nachteil, daß sie nur mit zwei Händen bedient werden
konnten, während die Rollen-Schlauchklemmen auch einhändig bedienbar sind, so daß
eine Bedienungsperson mit ihrer anderen Hand unabhängig tätig sein kann. Die bekannten
Rollen-Schlauchklemmen haben jedoch den Nachteil, daß wegen der geraden Flächen
von Boden und Rolle der Schlauch nur mit Schwierigkeit in seiner gleichförmig und
unveränderlich verformten Verfassung gehalten werden kann. Dies gilt selbst dann,
wenn die Lage der Rolle fixiert ist. Häufig ändert sich dabei im Verlauf der Zeit
die Querschnittsfläche des Schlauches und damit die ihn durchströmende Flüssigkeitsmenge,
bevor stabilisierte Strömungsverhältnisse herrschen. Aber auch nach Stabilisierung
der durchströmenden Flüssigkeitsmenge unterliegt die Querschnittsfläche des Schlauches
leicht Veränderungen, beispielsweise wenn der Schlauch äußere Stöße erfährt. All
dies kann für einen Patienten höchst schädlich sein.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schlauchklemme vorzuschlagen,
mit der die den Schlauch durchströmende Flüssigkeitsmenge rasch auf einen konstanten
Wert eingestellt werden kann, der sich im Verlauf der Zeit im wesentlichen nicht
mehr ändert, d.h., bei der erfindungsgemäßen Schlauchklemme soll ein mögliches Kriechverhalten
des Schlauches im wesentlichen ausgeschlossen sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Boden und
die gegen den Schlauch pressende Umfangsfläche der Rolle im Querschnitt senkrecht
zur Schlauchachse - insbesondere halbkreisförmig - gekrümmt sind, und die Krümmungsmittelpunkte
auf der
Schnittlinie der Querschnittsebene mit der senkrechten,
zur Schlauchachse parallelen Mittelebene des Gehäuses liegen.
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Der allgemeine Erfindungsgedanke besteht also darin, daß dann, wenn
ein Flüssigkeitsschlauch durch zwei gekrümmte Flächen, die den Schlauch sandwichartig
zwischen sich aufnehmen, gepreßt wird, der deformierte Zustand des Schlauches unverändert
aufrecht erhalten werden kann, ohne daß der Schlauch dabei ein unerwünschtes Kriechverhalten
zeigt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform einer Schlauchklemme gemäß der Erfindung
zur Aufnahme eines Schlauches vorgegebener Dicke umfaßt folgende Merkmale: Ein Gehäuse
mit zwei einander gegenüberliegenden, parallelen, gleich hohen Seitenwänden; einen
Boden, dessen Oberfläche bezüglich der oberen Stirnkanten der Seitenwände in einem
bestimmten Winkel geneigt ist; an den Innenflächen der Seitenwände sind Lager- oder
Führungsnuten ausgebildet, die parallel zu den oberen Stirnkanten der Seitenwände
verlaufen; eine Rolle ist mit ihrer Achse dreh- und gleitbar in diesen Nuten gelagert
und preßt den Schlauch mit ihrer Umfangsfläche gegen den Boden; die Oberfläche des
Bodens ist gekrümmt, wobei sie im Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Schlauches
oder des Gehäuses halbkreisförmig ist; die gegen den Schlauch pressende Umfangsfläche
der Rolle ist ebenfalls gekrümmt; die Krümmungsmittelpunkte des Bodens und der Umfangsfläche
der Rolle liegen auf der vertikalen - gegebenenfalls auch longitudinalen - Mittelachse
des Gehäuses.
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Die nachstehende Beschreibung des Standes der Technik sowie bevorzugter
Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung
der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische
Ansicht einer üblichen Rollen-Schlauchklemme; Fig. 2 eine Querschnittsansicht der
Klemme aus Fig. 1; Fig. 3 ein Kurvendiagramm zum Vergleich der Einstellcharakteristika
betreffend das Strömungsverhalten bei einer üblichen und einer erfindungsgemäßen
Klemme; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer
Schlauchklemme gemäß der Erfindung; Fig. 5 eine Längsschnittansicht der Klemme aus
Fig. 4; Fig. 6 eine Querschnittsansicht der Klemme aus Fig. 4; Fig. 7 eine perspektivische
Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung; Fig. 8 eine Längsschnittansicht
der Klemme aus Fig. 7; Fig. 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in
Fig. 7; Fig. 10 eine Querschnittsansicht einer Schlauchklemme gemäß der Erfindung
mit anderer Rolle und Fig.ll ein Kurvendiagramm mit der Darstellung experimenteller
Ergebnisse bei der Verwendung der in Fig. 10 gezeigten Schlauchklemme gemäß der
Erfindung.
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Die - bekannte - Schlauchklemme gemäß Fig. 1 und 2 umfaßt eine manuell
betätigbare Rolle 1, die bei ihrer Hin- und Herbewegung auf einen, von einer Flüssigkeit
durchströmten Schlauch drückt und dadurch die durchströmende Flüssigkeitsmenge reguliert.
Ein Gehäuse 1 von solcher Größe, daß es mit der Fläche einer Hand erfaßt werden
kann, dient der Lagerung der Rolle 3. Der Schlauch 5 wird in den Zwischenraum zwischen
der inneren Oberfläche 2 des Gehäusebodens und der am weitesten unten gelegenen
Stelle 4 der Umfangsfläche der Rolle 3 eingefügt. Dabei wird der Schlauch beim Verschieben
der Rolle 3 mehr oder weniger zusammengepreßt. Durch die dabei hervorgerufene Querschnittsveränderung
läßt sich die durchströmende Flüssigkeitsmenge regulieren. Das Verschieben der Rolle
3 kann leicht mit einer Hand ausgeführt werden.
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Bei der bekannten Schlauchklemme gemäß Fig. 1 und 2 hat die Rolle
3 eine im wesentlichen zylindrische Umfangsfläche, während die Oberfläche des Bodens
im wesentlichen eben verläuft. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, nimmt der Schlauch 5 bei
seiner Pressung eine im Querschnitt elliptische Form an.In dieser Querschnittsansicht
ist der Schlauch durch die Oberflächen der Rolle und des Bodens gewissermaßen ~punktgepreßt"
und verformt. Dies bedeutet, daß es schwierig ist, den Schlauch in einer gleichförmig
und unveränderlich deformierten Verfassung zu halten. Selbst wenn die Lage der Rolle
3 fixiert wird, ändert sich der Zustand des Schlauches 5 im Verlauf der Zeit. Infolgedessen
ändert sich auch die durch den Schlauch strömende Flüssigkeitsmenge erheblich, so
daß eine beträchtlich lange Zeit erforderlich ist, um die pro Zeiteinheit durchströmende
Flüssigkeitsmenge zu stabilisieren.
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Aber auch nach erfolgter Stabilisierung ändert sich die Verformung
des Schlauches und damit die durchströmende Flüssigkeitsmenge leicht infolge von
Stößen, was insbesondere bei medizinischen Anwendungen gefährliche Folgen haben
kann. Wie aus Fig.3
hervorgeht, kann sich die durch die Kurve B
angegebene Menge der durchströmenden Flüssigkeit bis zu etwa 50 bis 60% im Vergleich
mit der durch die ideale Kurve A angegebenen Flüssigkeitsmenge erniedrigen. Dabei
ist die für die Stabilisierung der Strömung erforderliche Zeit beträchtlich. All
dies ist eine Folge des Kriechverhaltens des Schlauches, welches darauf zurückgeht,
daß der Schlauch aus flexiblem, gegebenenfalls elastischem Material hergestellt
ist.
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Die in Fig. 4 gezeigte Schlauchklemme 10 gemäß der Erfindung umfaßt
eine manuell betätigbare Rolle 16 und ein Gehäuse 11.
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Das Gehäuse 11 besitzt Seitenwände 12, die parallel einander gegenüber
liegen. Nach unten ist das Gehäuse von einem Boden 13 abgeschlossen. Die oberen
Stirnflächen oder Stirnkanten 12a der Seitenwände 12 sind gleich hoch. Zwischen
den Seitenwänden 12 verlaufen einstückig mit ihnen jeweils an den Enden des Gehäuses
11 Verstärkungsstreben 14. Führungsnuten 15, die der Aufnahme und Führung einer
Welle 17 der Rolle 18 dienen, sind an den Innenflächen der Seitenwände 12 so ausgebildet,
daß sie parallel und äquidistant zu den oberen Stirnkanten 12a verlaufen.
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Wie in Fig. 5 dargestellt, verläuft die Oberfläche 13a des Bodens
13 in einem bestimmten Winkel 0 schräg zu den Stirnkanten 12a. Der Winkel 0 ist
vorzugsweise kleiner als 100. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, ist die Oberfläche 13a
des Bodens konkav gekrümmt, wobei in der dargestellten, senkrecht zur Längsrichtung
des Gehäuses verlaufenden Querschnittsebene die Krümmungsform halbkreisförmig ist.
Der Krümmungsmittelpunkt der Bodenfläche liegt auf der vertikalen Mittelachse des
Gehäuses, die in der Mitte zwischen den Seitenwänden 12 verläuft. Diese vertikale
Mittelachse des Gehäuses ergibt sich als Schnittlinie
der jeweiligen
Querschnittsebene gemäß Fig. 6 mit der senkrechten, zur Schlauchachse parallelen
Mittelebene des Gehäuses, wobei die Schlauchachse im wesentlichen parallel zur Längsachse
des Gehäuses 11 verläuft. Der Abstand h zwischen der zuunterst gelegenen Stelle
der Umfangsfläche der Rolle 16 und der Oberfläche 13a des Bodens variiert in Abhängigkeit
von der Lage der Rolle 16 im Gehäuse 11. Die Umfangsfläche der Rolle 16, die gegen
den eine Flüssigkeit führenden Schlauch 19 gedrückt ist, ist erfindungsgemäß ebenfalls
gekrümmt, und zwar derart, daß bei Anpressung des Schlauches an den Boden, die Oberfläche
des Schlauches sich an die Umfangsfläche der Rolle 16 anschmiegt, vgl. die gegensätzliche
Schlauchform in Fig. 2 und 6. Der Krümmungsmittelpunkt der Umfangsfläche der Rolle
16 liegt ebenfalls auf der oben erwähnten, vertikalen Mittelachse des Gehäuses.
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Die Umfangsfläche der in Fig. 6 gezeigten Rolle ist im Querschnitt
halbkreisförmig. Durch die Mitte der Rolle 16 verläuft die Welle 17. Die freien
Enden der Welle 17 liegen in den Führungsnuten 15. Die Dicke der Rolle 16 ist kleiner
als der Abstand zwischen den Innenflächen der Seitenwände 12. Die Rolle ist an einer
axialen Vibration durch die Einpassung von Abstandsscheiben 18 gehindert.
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Der Krümmungsradius der Umfangsfläche der Rolle 16 ist kleiner als
der Krümmungsradius der Oberfläche 13a des Bodens 13, und zwar je nach der Dicke
des betreffenden Flüssigkeitsschlauches 19. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der
Krümmungsradius der Rollenumfangsfläche etwa um einen Betrag kleiner als der Krümmungsradius
der Bodenfläche 13a ist, der der doppelten Schlauchdicke (= Dicke der Schlauchwand)
entspricht. Der Krümmungsradius
der Oberfläche 13a ist vorzugsweise
im wesentlichen gleich dem halben Außendurchmesser des Schlauches 19. Von Vorteil
ist es ferner, wenn die Dicke der Rolle 16 etwa gleich dem 0,75- bis 0,85-fachen
des Krümmungsradius der Oberfläche 13a ist. Wenn beispielsweise ein flexibler Schlauch
mit einem Außendurchmesser von etwa 4 bis 12 mm und einer Wandstärke t von etwa
0,1 bis 1 mm verwendet wird, beträgt das Verhältnis des Krümmungsradius rl der Rollenumfangsfläche
zum Krümmungsradius #r2 der Bodenoberfläche 13a vorzugsweise 1:0,8 bis 2, insbesondere
1:1,10 bis 1,20. Wenn weiterhin der Schlauch einen (äußeren) Radius r3 von 3,3 t
0,2 mm hat und die Dicke der Schlauchwand etwa 0,4 t 0,1 mm beträgt, verhalten sich
die Größen rl, r2 und r3 vorzugsweise wie 1,0 bis 1,2:1,0 bis 1,6:1. Wenn der (äußere)
Radius r3 des Schlauches bestimmt ist, sind damit auch die übrigen Dimensionen bestimmt.
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Die Rolle 16 steht zum Teil über die Stirnkanten 12a der Seitenwände
12 über. Durch Betätigung dieses überstehenden Teils mit dem Finger kann die Rolle
16 in den Führungsnuten 15 bewegt werden, vgl. Fig. 5.
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Wenn die Rolle 16 - vgl. Fig. 5 - in der Position 16 A liegt, ist
die Entfernung zwischen der untersten Stelle der Rollenumfangsfläche und der tiefsten
Stelle der Bodenfläche 13a im wesentlichen gleich dem halben Außendurchmesser des
Schlauches 19.
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Wenn die Rolle 16 bei 16C liegt, ist dieser Abstand etwa gleich der
doppelten Wandstärke des Schlauches 19. Dementsprechend wird der zwischen der Rolle
und dem Boden liegende Schlauch in verschiedenem Maße deformiert, wenn die Rolle
16 hin- und herverschoben wird. In der Position 16C ist der Schlauch 19 verschlossen,
so daß jede Durchströmung unterbunden ist.
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Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schlauchklemme wird zunächst die
Rolle 16 in die Position 16A verbracht. Anschließend wird der Schlauch in den Zwischenraum
zwischen Rolle und Boden eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt unterliegt der Schlauch
19 nur einer geringen Verformung. Wenn hierauf die Rolle 16, betätigt durch den
Finger einer Bedienungsperson, in die Zwischenstellung 16B gelangt, wird der Schlauch
19 nach und nach immer mehr in Richtung auf den Boden hin gedrückt und dabei verformt,
was zu einer entsprechenden Beschränkung der durch den Schlauch hindurch passierenden
Flüssigkeitsmenge führt. In dieser Lage der Rolle 16 ist der Schlauch 19 entsprechend
Fig. 6 etwa halbmondförmig deformiert. Die gekrümmte Umfangsfläche der Rolle 16
und die gekrümmte Oberfläche des Bodens 13 schmiegen sich dabei der Oberseite des
Schlauches an und tragen insoweit insgesamt zur flächenmäßigen Deformation des Schlauches
bei. Infolgedessen ändert sich der einmal verformte Zustand des Schlauches von allein
nicht ohne weiteres. Ferner sind die beiden Randbereiche 19a des deformierten Schlauches
nicht direkt mit einer äußeren Kraft beaufschlagt. Daher tritt ein Kriechen des
Schlauches, wie es von den üblichen Rollen-Schlauchklemmen her bekannt ist, bei
der erfindungsgemäßen Schlauchklemme nicht auf. Bei der konventionellen Rollen-Schlauchklemme
wird der Schlauch von zwei flachen, geraden, Flächen gepreßt. Sobald dementsprechend
bei der erfindungsgemäßen Schlauchklemme die Position der Rolle einmal eingestellt
ist, ändert sich die durchströmende Flüssigkeitsmenge praktisch nicht mehr.
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Die zeitliche Veränderung der durch den Schlauch strömenden Flüssigkeitsmenge
bei einer erfindungsgemäßen Schlauchklemme ist in Fig. 3 durch die Kurve C angegeben.
Insbesondere ist die zwischen der beendeten Einstellung der Rolle und der Stabilisierung
der Flüssigkeitsströmung verstreichende Zeit kurz. Die
Stabilisierung
erfolgt bei einer Strömungsmenge, die höchstens 10g unterhalb der eingestellten
(idealen) Strömungsmenge gemäß Kurve A liegt. Dies ist im Vergleich zur oben erläuterten
Kurve B ein erheblicher Fortschritt.
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Wie aus Fig. 7 bis 10 hervorgeht, können erfindungsgemäß auch Gehäuse
11' derart vorgesehen werden, daß eine erweiterte Schlaucheinführöffnung 20 entsteht.
Die Führunqsnuten 15' für die Rolle 16' können seitlich nach außen über die Seitenwände
12' vorstehen. Bei dieser Ausführungsform kann wegen der erweiterten Öffnung 20
die Rolle 16' vom Gehäuse 11' abgenommen werden, was die Bequemlichkeit beim Hantieren
mit der Schlauchklemme erhöht.
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Bei diesem Gehäuseaufbau ist der Abstand zwischen den Seitenwänden
12' relativ klein gemacht, so daß die Führungswirkung für den Schlauch 19 erhöht
ist. Weiterhin ist die Rolle 16 (Fig. 9) zu beiden Seiten mit Ausnehmungen 16a versehen.
Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß bei einer Pressung des Schlauches durch
die Rolle 16 seine beiden Randbereiche 19a in diese Ausnehmungen ausweichen und
hierdurch daran gehindert sind, direkt den Außendruck aufzunehmen.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die Umfangsfläche der Rolle
16 halbkreisförmig gekrümmt ist. Es reicht bereits aus, wenn dieser Umfangsfläche
in der oben beschriebenen Weise nur eine äußerst schwache Krümmung erteilt ist.
Wie aus Fig. 10 hervorgeht, kann die Rolle erfindungsgemäß auch so gestaltet sein,
daß die gekrümmte Umfangsfläche in ihrem Mittelbereich flach oder gerade verläuft.
Dieser flache, ebene Oberflächenbereich ist mit einer Rändelung 21 versehen, die
radial von der Rolle absteht Auf diese Weise erhält die Rolle an ihrer Umfangsfläche
abgestufte
Bereiche 22. Die Rändelung steigert die Griffigkeit der Rolle und erleichtert insbesondere
ihre Betätigung mit einem Finger.
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Beim Pressen des flexiblen Schlauches mit der in Fig. 10 gezeigten
Rolle werden die beiden Randbereiche 19a des Schlauches 19 in die abgestuften Bereiche
22, die ihrerseits eine gekrümmte Oberfläche haben können, hineingeführt, um auf
diese Weise den Schlauch daran zu hindern, senkrecht zur Seitenwand des Gehäuses
verschoben zu werden. Dementsprechend ist der Schlauch, sobald er durch die Rolle
gepreßt und verformt ist, unveränderlich über lange Zeit hinweg in diesen Zustand
gehalten. Fig. 11 zeigt die experimentell mit einer Schlauchklemme gemäß Fig. 10
erzielten Ergebnisse. Auf der Ordinate ist die Tropfgeschwindigkeit (Tropfen/min.),
auf der Abszisse die Zeit (nuten) aufgetragen.
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Die Kurve a spiegelt den Fall wieder, in dem die Tropfgeschwindigkeit
anfänglich auf 64 Tropfen/min. eingestellt war. Innerhalb 70 Minuten verrringert
sich die Tropfgeschwindigkeit um 6,3%. Kurve b zeigt den Fall, in dem die Tropfgeschwindigkeit
ursprünglich auf 42 Tropfen/min. eingestellt war. Die Tropfgeschwindigkeit sinkt
innerhalb 70 Minuten lediglich um 4,8%. Somit ist die zeitliche Veränderung der
Strömungsmenge praktisch vernachlässigbar.
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Selbst wenn die Rolle einen von außen her erfolgenden Stoß erfährt,
verändert sich die an ihr eingestellte Strömungsmenge nicht. Die erfindungsgemäße
Schlauchklemme ist insbesondere dort nützlich und geeignet, wo es sich darum handelt,
die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb enger Grenzen zu vollziehen,
d.h. kleine Verstellungen durchzuführen.