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"Infusionspumpe"
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Die Erfindung betrifft eine Infusionspumpe, d.h. eine Pumpe zur Förderung
einer Flüssigkeit in volumetrisch definierter und vorbestimmter Rate, bzw. Menge,
die, außer zur Infusion, auch zur Flußmessung verwendbar ist.
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Bei der Behandlung von Patienten, u. a. in der Intensivpflege, ist
es oft von großer Bedeutung, den Patienten Infusionsflüssigkeiten in vorbestimmter
und genau definierter Rate bzw.
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Menge zuzuführen.
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In diesem Zusammenhang ist es - wegen der manchmal lebenswichtigen
Flüssigkeitsbilanzierung - ferner wUnschenswert, außerdem die aus dem Patienten
ausgeschiedene Flüssigkeit (u.a. Urin, Blutdrainage) zu messen.
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Es sind bereits Pumpenanordnungen zur definierten Flxssigkeitszufuhr
bei der Infusion in verschiedenen Ausführungen bekannt.
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Hierzu gehören die Schlauchquetschpumpe und die peristaltische Pumpe.
Diese Pumpen werden wegen ungenügender Fördergenauigkeit meistens mit einer Tropfenmessung
kombiniert.
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In beiden Fällen wird hierzu an einem Schlauch, der die Infusionsflasche
mit dem Patienten verbindet, eine oder mehrere Quetschstellen in Längsrichtung des
Schlauches bewegt, um die Flüssigkeit vorwärts zu pressen.
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Die dadurch erzeugte Förderrate bzw. Menge wird durch das Abzählen
von Tropfen in einer in dieser Verbindung eingeschalteten Tropfkammer bestimmt.
Dieser Meßwert steuert die Bewegung der Schlauchquetschstelle bzw. -stellen nach
Vergleich mit einem eingestellten Sollwert. Dieser gibt häufig die Tropfenzahl @o
Minute an.
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Ferner sind volumetrische Pumpenanordnungen mit einer Kolbenfunktion
bekannt. Derartige Systeme sind meistens für die mit der Infusionsflüssigkeit in
Berührung kommenden Teile als Wegwerfqystem (Jedenfalls potentiell)ausgebildet.
Dies erfordert einen einfachen und billigen Aufbau.
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Bei der Steuerung der Bewegung der Schlauchquetschstellen nach
Tropfenzahl
besteht ein Nachteil darin, daß die Tropfengröße von serschiedenen irrelevanten
Faktoren abhängig ist und daher auf diese Weise die Steuerung der -Durchflussmenge
nicht sehr genau ist.
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Bei der Verwendung von Kolbenpumpen liegt ein Nachteil darin, daß
ihr Antrieb einen besonderen Aufwand und das sichere Abdichten einer ansaugenden
undslßstoßenden Kolbenanordnung besondere Maßnahmen erfordert, weil die Genauigkeit
nicht durch Undichtigkeiten beeinträchtigt werden darf, welche ferner unter Umständen
sogar eine Gefahr für den Patienten bilden können.
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Ferner sind für dieses System eine Anzahl von Teilen erforderlich,
die das System verteuern und dem Wegwerfsystem entgegenstehen.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Infusionspumpe, welch#
die Nachteile der bekannten Pumpensysteme vermeidet, leicht und billig und nach
dem Wegwerfprinzip herzustellen ist.
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Der Erfindungszweck wird für eine Infusionspumpe dadurch erreichte,
daß sie als Membranpumpe mit einer einzigen Membran ausgebildet ist, die sowohl
als Pumpenmembran für die Pumpenkammer als auch als Ventilmembran für das Einlass-
und Auslassventil dient.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes besteht
die Pumpe aus drei Kunststoffteilen und einer Membran, wobei im mittleren Teil die
eine Seite des Einlassventils bzw. des Auslassventils, die Pumpenkammer sowie die
Kanäle zwischen Pumpenkanier und Ein- bzw. Auslassventil angeordnet sind, welche
vom oberen Teil abgedeckt sind, und daß im unteren Teil der Stutzen zur Steuerung
der zwischen dem unteren Teil und dem mittleren Teil eingespannten Membran, die
Ansaug- und Druckstutzen, sowie die andere Seite des Einlass- bzw. Auslassventils
liegen.
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Ferner wird das Ein- bzw. Auslassventil durch einanander gegenübergestellte
Öffnungen im mittleren und unteren Teil sowie die dazwischenliegende Membran gebildet.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Membran im Bereich
der Ventilkammern bzw. des Ein- bzw. Auslassventils mit einem Loch versehen sein,
welches bei geschlossenem Ventil von der Ventilwand abgedeckt ist und sich bei Betätigung
des Ventils von der Ventilwand abhebt.
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Statt dessen kann erfindungsgemäß die Ventilkammer des Ein-bzw. Auslassventils
auf der einen Seite der Membran liegen, auf deren anderen Seite der Zuflusskanal
und der Abflusskanal angeordnet sind.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann darin bestehen, daß 'die Auflagefläche
der Pumpenkgmmer und/ oder der Ein- und
Auslassventile derart gewölbt
ausgebildet ist, daß die an ihr anliegende Membran eine solche Vorspannung erhält,
daß sie selbsttätig in diese Anlagestellung zurückkehrt und hierbei einen Saug-
oder Druckhub ausführt.
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Erfindungsgemäß kann die Auflagefläche der Ventilkammer derart gewölbt
oder angehoben ausgebildet sein, daß die an ihr anliegende Membran eine solche Vorspannung
erhält, daß sie selbsttätig in diese Anlagestellung zurückkehrt und hierbei alpinen
Öffnungsdruck des Ventils definiert.
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ZwecksEßig kann hierbei die Anlagefläche so gewölbt sein, daß ßie
Membran sich bei der Rückkehr in ihre Anlagestellung zuerst außen und zuletzt innen
an die Auflagefläche der Pumpenkammer bzw. der Ein- und Auslassventile anlegt.
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das Einfangen von Luftblasen zwischen der Auflagefläche der 3 penkammer
und der Membran zu verhindern, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die
Auflagefläche der Kammer 3 d / oder Einlass- bzw. Auslassventile für die Membran
in Xuhezustand uneben ausgebildet.
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kann beispielsweise durch Rillen in der Auflagefläche oder lurch
eine Netzzwischenlage erreicht werden.
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Um das Fördern von Luft oder Gas durch die Membranpumpe zu verhindern,
kann der Ausstoßkanal zwischen Pumpenkammer und Ausstoßventil ein so großes Volumen
haben, daß die in dem System angesaugte Luft sich in diesem Kanal sammelt und bei
der Ausstoßphase der Membran nur komprimiert wird, ohne den Öffnungsdruck des Auslassventils
zu erreichen.
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Wie bereits erwähnt, kann die Infusionspumpe außer zur Infusion auch
zur Flussmessung verwendet werden.
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In diesem Fall wird erfindungsgemäß der Antrieb der Pumpe über eine
elektronische Steuerung der Zuflussrate der Flüssigkeit zur Pumpe angepasst.
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Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß die Infusionspumpe unter Zwischenschaltung einer Kammer
an die Zuflussleitung angeschlossen ist, daß der Kammer ein Detektor für die Standhöhe
der Flüssigkeit in der Kammer zugeordnet ist und daß eine elektronische Steuerung
angeordnet ist, welche Bom Detektor ein Messsignal empfängt und hiernach über ein
Steuersignal den Puipenantrieb steuert.
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In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand biæpielaweive und
rein schematisch dargestellt und zwar zeigen:
Abbildung 1: einen
Querschnitt durch eine Ausführungsform der Infusionspumpe gemäß der Erfindung; Abbildung
2: in größerem Maßstab eine Ventilausführung; Abbildung 3 und 4: zwii weitere Ausbildungen
der Pumpenkammer; Abbildung 5: ein Schema einer Pumpenanordnung gemäß der Erfindung
für die Durchflussmessung.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht die Pumpe aus 1, 2 und
5 drei als Scheiben/ausgebildeten Kunststoffteilen. Zwischen den Scheiben 1 und
2 liegt eine elastische Membran 3.
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Die Scheiben 1, 2 und 5 sowie die elastische Membran 3 bilden einen
Pumpenkörper nach dem Wegwerfprinzip.
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In der mittleren Scheibe 1 ist die eine Seite des Einlassventils 7
bzw. des Auslassventils 11, die Pumpenkammer 4 sowie die Kanäle 6, 1o zwischen Pumpenkammer
4 und Einlassventil 7 bzw. Auslassventil 11 angeordnet. Die Kanäle 6 und 1o werden
von der oberen Scheibe 5 abgedeckt. In der unteren Scheibe 2 liegen der Stutzen
14 zur Steuerung der zwischen der unteren Scheibe und der mittleren Scheibe 1 eingespannten
Membran 3 sowie
die Ansaug- und Druckstutzen 8 und 12.
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Die Membran 3 ist im Bereich der Ventilkammern 7 bzw. 11 mit einem
Loch 9 bzw. 13 versehen, welches bei geschlossenem Ventil von der Ventilwand abgedeckt
ist und sich bei der Betätigung des Ventils von der Ventilwand abhebt.
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Der Antrieb der Pumpe erfolgt durch Anlegen von Druck (Ausstoßphase
der Pumpe) oder Sog (Ansaugphase der Pumpe) an einem Antriebsstutzen 14. Ein geeignetes
Zwischenmedium für diesen Druck/Sog-Antrieb ist Luft. Statt dessen kann aber auch
ein anderes Gas oder eine Flüssigkeit verwendet werden. Die Art der Erzeugung der
Druckschwankung ist für die Erfindung ohne Bedeutung.
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Das Einlassventil 7 bzw. das Auslassventil 11 kann auch gemäß Abbildung
2 ausgebildet sein. Statt des Durchtrittsloches 9 bzw. 13 in der Membran 3 bildet
bei dieser Ausführungsform die Membran 3 beim Durchstossen eine Uberbrückung zwischen
den Kanälen 15, 16, auf der Innenseite der Membran, während die Ventilkammer 17
auf der anderen Membranseite liegt.
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Die Ventilkammer 17 kann eine Verbindung 27 zur Außenluft zwecks Druckausgleich
haben. Die Verbindung 27 kann aber auch zu einer anderen Stelle im Sydtem führen,
die dann als Druckreferenz wirkt.
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Bei Druck im Kanal 15 wird die Membran 3 angehoben und das Medium
strömt durch den Kanal 16 ab. Bei Unterdruck im Kanal 15 wird die Membran 3 angesaugt
und verschließt den Kanal 15.
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Da bei der Infusitnspumpe gemäß der Erfindung die Extremlagen der
Membran 3 in der Puwpenkx=er 4 festgelegt sind, ist das Schlagvolumen der Pumpe
durch das bei der Bewegung der Membran stereometrisch überstrichene Raumgebilde
definiert und festgelegt. Dadurch ist keine zusätzlich Flussmessung erforderlich,
sondern die mittlere Flußrate F ist direkt gegeben als das Produkt von Schlagvolumen
Vs und Schlagfrequenz f nach der ~ Formel: F = V@f.
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Für die richtige Pumpenfunktion sind hierzu Ventile nötig, die ebenfalls
durch die Membran gesteuert werden, wie bei den Ausführungsbeispielen nach Abbildung
1 und 2 dargestellt und beschrieben.
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Bei den AusfUhrungsforien der Puwpenkammer 4 nach den Abbildungen
3 und 4 wird das Ansaugen bzw. der Druckstoß durch die Elastizität der Membran 5
bewirkt.
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Um dies zu erreichen, ist die Anlagefläche der Kammer 4 für die Ruhestellung
der Membran 3 gewölbt ausgebildet und zwar derart, daß die an ihr anliegende Membran
3 eine solche Vorspannung erhält, daß sie selbsttätig in diese zurückkehrt und hierbei
einen Saughub (Abbildung 3) oder einen Druckhub (Abbildung 4) ausführt.
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Demgemäß ist an den Stutzen 4 nur eine entsprechend gesteuerte Druckleitung
(Abbildung 3) oder Saugleitung (Abbildung 4) angeschlossen.
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Sowohl bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 als den Auaführungs 1
formen nach Abbildung 3 und 4 können die Anlageflächen für die Membran 3 im Ruhezustand
uneben ausgebildet sein, um das Einfangen von Luftblasen zwischen Membran und dieser
Fläche zu verhindern. Diese Unebenheit kann beispielsweise durch Rillen in der Auflagefläche
oder durch eine Netzzwischenlage zwischen Auflagefläche und Membran 3 erreicht werden.
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In den Abbildungen 1, 3 und 4 ist diese Unebenheit der Auflagefläche
durch einen Spalt angedeutet.
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Bei der Ausführungsform nach Abbildung 4 befindet sich ein solcher
Spalt auch an der in den Stutzen 14 atindenden Fläche
der Pumpenkammer.
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Die konische Formgebung der Pumpenkammer 4 in Abbildung 1 braucht
zur Vermeidung des Einfangens von Luftblasen keine solche Unebenheit.
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Ferner kann die Anlagefläche für die Membran 3 im Ruhezustand zusätzlich
so ausgebildet sein, daß sich die Membran zuerst außen und zuletzt innen an die
Fläche anlegt, z.B. dadurch, daß diese Fläche innen einen größeren Krümmungsradius
hat als außen.
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Die Dimensionierung des Kanals lo kann so erfolgen, daß bei der Pumpenarbeit
keine Luft bzw. kein Gas gefördert wird, weil das Volumen des Ausstoßkanals 1o zwischen
Pumpenkammer 4 und Ausstoßventil 11 so groß ist, daß sich die Luft in diesem Kanal
1o sammelt und bei der Ausstoßphase der Membran nur komprimiert wird, ohne den dffnungsdruck
des Ventils 11 zu erreichen.
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Die Wirkungsweise der Infusionspumpe in Betrieb für Fluasmessung gemäß
der Erfindung ist gemäß Fig. 5 folgende: Um die Flussrate bzw. Flussmenge F1 in
einer Leitung 18 zu messen - statt die Menge vorzugeben - wird eine Infusibnspumpe
19 gemäß der Erfindung in die Leitung eingesetzt und ihr eine Kammer 2c vorgeschaltet,
aus welcher die Pumpe den Abfluss oder Weiterfluss in die Leitung 21 pumpt.
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Die Standhöhe der Flüssigkeit in der Kammer 20 wird durch einen geeigneten
Detektor 22 abgetastet, der z.B. durch eine Lichtschranke, durch Widerstandsmessung
in der Flüssigkeit oder durch kapazitive Standhöhenermittlung erfolgen kann.
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Die Aus führungs form des Detektors 22 ist für den Anmeldungsgegenstand
ohne Bedeutung.
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Ein Meßsignal 23 für die Standhöhe wird einer vorzugsweise elektronischen
Steuerschaltung 24 zugeführt. Die Steuerschaltung 24 kann auch pneumatisch, hydrxulisch
oder mechanisch arbeiten.
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Auch eine kombinierte oder optoelektronische Ausführung ist möglich.
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Diese Varianten sind ebenfalls für den Anmeldungsgegenstand ohne Bedeutung.
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Die Steuerschaltung 24 ist ein Teil eines Regelkreises 19, 20, 22,
23, 24, 25, 26 und steuert mit einem Signal 25 den Antrieb 26 der Pumpe so, daß
der Pegel in der Kammer 20 konstant oder innerhalb gewisser Grenzen gehalten wird.
Dadurch wird die Pumpenrate (im Mittel) gleich der Zuflußrate F1 gehalten und das
Steuersignal 25 an den Pumpenantrieb ist ein direktes Maß für die Zuflußrate F1.
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Auch ein sonstiges, von der Pumpe oder dem Antrieb abgeleitetes Signal,
wie z.B. die Schlagfrequenz, kann in gleicher Weise als Maß für die Flußrate F1
dienen.
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Für diese Art von Flußmessung eignet sich die volumetrisch definierte
Pumpenanordnung gemäß der Erfindung, da mit ihr das Kammervolumen sehr genau herstellbar
ist und somit eine Eichung der Pumpe nicht erforderlich ist.
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Im Betrieb für die Infusion wird die Pumpe direkt eingesetzt, ohne
den Rejakreis in Abbildung 5. Will man aber bei der Infusionsbehandlung eine Überwachung
der Flüssigkeitsbilanz erreichen, kann in einer von dem Patienten abführenden Flüssigkeitsleitung
(z.B für Urin oder Drainage) eine zweite Pumpe gleicher Ausführung, aber in Betrieb
in einem Regelkreis nach Abbildung 5 eingesetzt werden. Hierdurch ist eine vollständigere
Kontrolle der Flüssigkeitsbilanz am Patienten erreichbar, als mit Infusion alleine(oder
evtl. mit manueller Messung der Ausscheidung).
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Ein wesentlicher Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt wie ~bereits
erwähnt, darin, daß er als Wegwerfartikel hergestellt iwerden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten und
beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr können Änderungen vorgenommen
werden, ohne vom grundsätzlichen Erfindungsgedanken abzuweichen.
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