DE2844105A1

DE2844105A1 - Dialysemaschine, insbesondere system zur steuerung eines ventils fuer unterdruck, und alarmsystem fuer den durch die membran hindurch herrschenden druck

Info

Publication number: DE2844105A1
Application number: DE19782844105
Authority: DE
Inventors: Jan Soderstrom
Original assignee: Baxter Travenol Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1977-10-12
Filing date: 1978-10-10
Publication date: 1979-04-19
Also published as: CA1110551A; GB2005561B; GB2005561A; JPS54117196A; BE871129A; GB2035130B; NL7809853A; FR2405734A1; ES474147A1; GB2035130A

Description

PATENTANWÄLTE

DlpUng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK DIpL-In₉. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

281134 "θ" GR. ESCHENHEIMER STR.

TELEFON: (0611) _eQ0Q _FRANKFURT _AM MAIN

9. Oktober 1978

Gu/PW/Ar Case: AO-751

Baxter Travenol Laboratories, Inc. One Baxter Parkway

Deerfield, Illinois 60015 / USA

Dialysemaschine, insbesondere System zur Steuerung eines Ventils für Unterdruck, und Alarmsystem für den durch die Membran hindurch herrschenden Druck.

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Beschreibung :

Die Erfindung bezieht sich auf Bialysemaschinen und insbesondere auf ein mit Unterdruck (negativem Druck) arbeitendes Ventilsystem sowie auf bei solchen Maschinen zu verwendende Alarmsysteme.

Bei der Dialyse strömen das Blut eines Patienten und Dialysat durch einen DialysVtor, der eine halbdurchlässige Membran aufweist, welche zum Trennen des Bluts von Dialysat dient. Im Blut enthaltene Verunreinigungen und Wasser strömen aus dem Blut quer durch die Membran hindurch und treten in das Dialysat ein, mit dem sie abgeführt werden. Die Ausdrücke "Dialysat", "Dialyselösung" und "dialysierendes strömendes Medium" werden hiernachstehend als synonyme Ausdrücke verwendet.

Bei manchen Dialysatoren wird das Dialysat unter Unterdruck (d.h. unter Atmosphärendruck liegendem Druck) durch den Dialysator hindurchgesaugt. Solche Systeme besitzen gewöhnlich eine Unterdruckpumpe, die stromabwärts vom Dialysator angeordnet ist und dazu dient, das Dialysat durch den Dialysator zu saugen, und sie enthalten ferner ein Unterdruckventil, das stromaufwärts des Dialysators angeordnet ist. Der Unterdruck in dem Dialysator wird durch Einstellen eines Unterdruck-Einstellventils eingestellt. Obgleich diese Systeme gewöhnlich als Unterdrucksysteme bezeichnet werden, gibt es Betriebsbedingungen, unter denen Uberdruck-Dialysatdrücke erzeugt werden. Die U.S. Patentschrift 3 878 095 offenbart ein solches Unterdrucksystem.

Bei manchen elektromechanisch betätigten Maschinen wurden für das Unterdruckregelventil Nadelventile verwendet. Diese Ventile haben eine solche Arbeitscharakteristik, dass, wenn sich das Ventil von der Offenstellung gegen die Schließstellung bewegt, die Druckänderung relativ klein ist und

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linear verläuft. Wenn jedoch das Ventil der Beendigung des Schliessvorgangs nahe ist, wird mit sehr grosser Geschwindigkeit der Druck negativ, bis das Ventil schliesst. Mit anderen Worten treten beim Schliessen des Ventils sehr grosse Änderungen im Druck auf. Diese steile Änderung des Drucks macht es schwierig, den Unterdruck, wenn er ein hohes Niveau (von z.B. -400 bis -500 mm Hg) besitzt, genau einzustellen und aufrechtzuerhalten. Dies gilt insbesondere bei einem elektromechanischen System, bei dem Toleranzen im Ubertragungsgetriebe und Änderungen in der Temperatur gleichfalls die Einstellung und Lage des Nadelventils und damit den Unterdruck beeinflussen.

Ausserdem enthält das elektromechanische System einen mit gleichbleibender Geschwindigkeit laufenden Gleichstrommotor zur Betätigung des Ventils. Da nun somit die Ventilcharakteristiken relativ linear verlaufen, kann die Zeit, die zum Einsteuern grosser Änderungen des Unterdrucks notwendig ist, relativ gross sein. Zum Beispiel kann die Änderung von -200 mm Hg auf 0 mm Hg eine Dauer in der Grössenordnung von zwei Minuten haben.

Die Erfindung bezweckt daher, ein Unterdruck-Ventilsystem zu schaffen, das'feflauereinstellbar oder regelbar ist und schneller anspricht.

Bei der Dialyse ist der quer durch die halbdurchlässige Membran hindurch auftretende Differenzdruck (d.h. die Differenz zwischen dem Blutdruck und dem Dialysatdruck) von Bedeutung. Diese Druckdifferenz kann als "Transmembrandruck¹¹ bezeichnet werden und wird nachstehend so bezeichnet. Für den Fall Jedoch, dass der Dialysatdruck grosser ist als der Blutdruck, können in dem Dialysat befindliche Verunreinigungen unerwünscht durch die Membran hindurch und in das Blut gelangen.

Es ist daher erwünscht, dass eine Dialyse in dem Fall verhindert wird, dass der Dialysatdruck den Blutdruck übersteigt.

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Während der Dialyse wird aus dem Blut Wasser durch einen als Ultrafiltration bekannten Prozess entfernt. Die Menge des entfernten Wassers steht in direktem Verhältnis zu dem Transmembrandruck. Es ist erwünscht, die Menge des entfernten Wassers zu regeln, da die Entfernung von zu viel Wasser während der Dialyse unerwünschte Nebeneffekte mit sich bringt.

Es ist daher erwünscht, die Druckdifferenz zwischen dem Dialysatdruck und dem Blutdruck durch eine überwachung und Regelung aufrechtzuerhalten und dadurch die Ultrafiltration zu regeln.

Einige nach dem Stand der Technik bekannte Dialysemaschinen besitzen Monitore für den Transmembrandruck, die diesen Druck lediglich maßen und anzeigten. Bei einer anderen derartigen Maschine hat man Vorrichtungen vorgesehen, um in der einen oder anderen Form einen Alarm in dem Fall zu geben, dass der Transmembrandruck eine vorgegebene Grosse überschreitet. Die Alarmgabe fand in einem Toleranzbereich statt, der sich bis zum Beispiel 50 mm Hg über und 50 mm Hg unter die vorgegebene Grosse erstreckte. Dabei ist es, wenn der Transmembrandruck Null wurde, möglich, dass im Falle eines Toleranzbereichs der vorgenannten Grössenordnung der Dialysatdruck über die Grosse des Blutdrucks zunimmt und deshalb einen unerwünschten Übergang von dem Dialysat in das Blut erlaubt.

Die Erfindung bezweckt daher ferner, ein Alarmsystem zu schaffen, dass die Dialyse verhindert, wenn der Dialysatdruck den Blutdruck überschreitet.

Um einen eingestellten oder vorgegebenen Transmembrandruck aufrechtzuerhalten, müssen sowohl der Dialysatdruck als auch der Blutdruck überwacht werden. Im Falle, dass ein den Blutdruck anzeigendes Signal durch das Überwachungssystem

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für den Transmembrandruck nicht aufgenommen wird, ist es möglich, dass der tatsächliche Transmembrandruck unerwünscht über den eingestellten oder vorgegebenen Druck hinaus geht, ohne dass irgendeine Anzeige dieses Umstands oder ein Alarm auftritt, die bzw. der die tatsächliche Druckzunahme anzeigt.

Die Erfindung bezweckt daher weiterhin, ein System zu schaffen, durch das der tatsächliche Transmembrandruck auf einer eingestellten oder vorgegebenen Niveauhöhe aufrechterhalten wird und im Falle des Ausfallens eines von dem Wandler für den sog. venösen (von dem Venensystem kommenden) Druck geeignete Alarmgeber und Abstellmechanismen in Gang gesetzt werden.

Die Erfindung, ihre Ziele und Einzelheiten werden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen erläutert.

Gemäss der Erfindung ist ein Unterdruckregel- und Überwachungssystem vorgesehen, das eine sehr schnell ansprechende Regelung bzw. Einstellung des Unterdrucks schafft. Ein elektromagnetisch gesteuertes Klappenventil dient zum Einstellen des Unterdrucks. Es hat sich herausgestellt, dass dieses Ventil sehr kurze Ansprechzeiten, gemessen an der Stabilisierung des in dem System herrschenden Unterdrucks, mit sich bringt. Diese kurze Ansprechzeit (in der Grössenordnung von 30 Sekunden) hat sich von physiologischen Gesichtspunkten aus, für Sicherheitszwecke und nach Gesichtspunkten der Bequemlichkeit als sehr erwünscht erwiesen.

Nach der Erfindung sind auch Alarmsysteme für den Transmembrandruck vorgesehen, die verhindern, dass der Dialysatdruck den Blutdruck übersteigt. Ferner zeichnen sich diese Transmembrandruck-Alarmsysteme dadurch aus, dass der Transmembrandruck während des Arbeitens der Maschine auf einer

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eingestellten oder vorgegebenen Grosse gehalten wird und dass in dem Falle, dass ein Signal des venösen Druckes nicht ankommt oder der venöse Druck unter ein vorgegebenes Niveau sinkt, das System Alarm gibt und weitere Dialyse verhindert.

Die Zeichnungen zeigen beispielsweise und zum Teil schematisch eine Ausführungsform der Erfindung, und zwar zeigen:

Fig. 1 ein Schema des Ablaufs der Bahn des in der Dialysemaschine strömenden Mediums;

Fig. 2 im Schnitt und zum Teil weggebrochen eine Ansicht der Einzelheiten eines Klappenventils für den Unterdruck;

Fig. 3 eine Stirnansicht eines Moduls zur Darstellung hi** -BSnsftffWM^ von Transmembrandruck und Dialysatdruck, und

Fig. 4 ein Blockschema zur Darstellung des Transmembran-Alarmsystems .

I.
Allgemeines zur Beschreibung der Zeichnungen

Gemäss Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Dialysemaschine in Form eines Blockschemas dargestellt. Eintretendes Wasser fliesst in einen Speichertank 10. Von diesem strömt das Wasser durch einen Wärmetauscher 12, einen ersten Temperatursensor 14, durch ein elektrisches Heizgerät 16 und zu einem zweiten Temperatursensor 18. Das erhitzte Wasser strömt dann von dem zweiten Temperatursensor 18 zur einer Entgasungsvorrichtung 20, die eine Drosselstelle und eine Entgasungspumpe enthält. Das entgaste Wasser strömt dann

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zu einem Speichertank 22, der an seinem oberen Ende mit einem Druckentlastungsventil 24 und über dieses und eine Rückleitung 26 mit dem Eingangstank 10 verbunden ist. Das entgaste Wasser strömt von dem Speichertank 22 zu einem Strömungsdetektor 28 und weiter zu einer Dialysat-Mischkammer 30. Ausgehend von einer Konzentratpumpe 32 strömt das Dialysat-Konzentrat auch zur Mischkammer 30 und mischt sich mit dem entgasten Wasser. Die Menge des an die Mischkammer durch die Pumpe 32 abgegebenen Konzentrats wird durch einen Detektor 34 für die Leitfähigkeit geregelt, der unmittelbar stromabwärts von der Mischkammer 30 angeordnet ist.

Das nun hergestellte Dialysat strömt durch eine Leitung 36 (Fig. "'2) zu einem den Unterdruck bzw. den Dialysatdruck regelnden Ventil 38, dann durch eine Leitung 39 zu einem Wandler 40 für den Unterdruck bzw. Dialysatdruck. Der Wandler 40 und das Unterdruckventil 38 sind durch je eine Rückkoppelungsschlexfe (feedback) 42 zum Regeln des Ventils 38 und des Unterdrucks verbunden.

Das Dialysat strömt dann von dem Wandler 40 zu einer Verzweigung 44, an der sich der Strom in zwei Zweigleitungen aufteilt. Der eine Zweig ist eine Dialysator-Umleitung 46, die ein Umleitungs-Steuerventil 48 enthält. Der andere Zweig enthält eine Einlassleitung 50 für den Dialysator, in der ein Einlaßsteuerventil 52 angeordnet ist. Ein Dialysator 54 der mit Unterdruck arbeitenden Bauart ist stromabwärts vom Ventil 52 angeordnet; das stromabwärts gelegene Ende des Dialysators ist mit der Auslassleitung 56, einem Auslass-Steuerventil 58 und mit einer Anschlussstelle 60 der Dialysatzu- und Abführleitung verbunden.

Eine Saugpumpe 62 liegt in dieser Leitung stromabwärts von der Anschluss- und Verzweigungsstelle 60 und dient zum Absaugen des Dialysats durch das System hindurch, insbe-

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sondere durch das Unterdruckventil 38 und den Dialysator 54 hindurch. Gebrauchtes oder aufgebrauchtes Dialysat strömt von der Saugpumpe 62 zu einem Ablauf 64.

Der Dialysator 54 enthält eine halbdurchlässige Membran, wie schematisch bei 54a dargestellt ist, und das Dialysat von der Blutseite des Dialysators trennt. Vom Patienten kommendes Blut tritt durch eine an eine Arterie des Patienten angeschlossene Leitung 66 in den Dialysator ein und verlässt den Dialysator durch eine an eine Vene angeschlossene Leitung 68. Ein Druckwandler 70 ist in der an das Venensystem angeschlossenen Leitung angeordnet und bildet einen Detektor bzw. ein Messgerät für den an dieser Stelle herrschenden Druck.

Der in den Zeichnungen abgekürzt mit "TMP" bezeichnete Transmembrandruck (transmembrane pressure) innerhalb des Dialysators wird angenähert durch die Differenz des durch den durch den Wandler 70 für den venösen Druck gemessenen Druck und demjenigen Druck gemessen, der durch den Wandler 40 für den Unterdruck gemessen wird. Sowohl der Wandler 70 für den venösen Druck und der Wandler 40 für den Unterdruck sind an ein als Modul bezeichnetes und ausgebildetes Steuer- und Messgerät 200 (siehe auch Fig. 3) angeschlossen«

II.
Das Uberwachungssystem'für den Unterdruck

In Fig. 2 ist ein elektromagnetisch betätigtes und in der Bauart eines Klappenventils ausgebildetes Ventilaggregat 38 für den Unterdruck dargestellt, an das die Einlassleitung 36 und die Auslassleitung 39 angeschlossen sind. Elektromagnetisch betätigte Klappenventile werden durch die Firma Hydraulic Servo System Corp., 5800 Transit Road, Depew, New York 14042, vertrieben. (Es hat sich gezeigt, dass Ventilmodell 58, wenn man es anpasst bzw. ver-

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ändert, ganz allgemein für die Steuerung oder Regelung des Unterdrucks bei einer Dialysemaschine geeignet ist).

Das Ventilaggregat 38 weist einen Magnetrahmen auf, in welchem eine Magnetspule 102 angeordnet ist. Ein üaiggestreckter, als Anker dienender Stab 104 ist mit seinem oberen Abschnitt innerhalb der Magnetspule angeordnet. Der Anker ist mit einem einer Blattfeder ähnlich ausgebildeten Glied 106 verbunden, das dem Anker zu schwenken erlaubt und so bemessen und angebracht ist, dass es den Anker mit Vorspannung in einer ersten Stellung hält.

Mit dem Boden des Magnetrahmens ist ein für den Durchgang eines strömenden Mediums bestimmtes Gehäuse 110 verbunden, mit dem das federartige Glied 106 fest verbunden ist, wobei ein 0-Ring 112 den Anker 104 gegen das Gehäuse abdichtet. Das Gehäuse 110 weist folgende Teile auf: eine Mittelbohrung 114, eine Einlassbohrung 116 und eine /hiiflassbohrung 118, wobei die beiden letztgenannten Bohrungen miteinander axial fluchten, und eine Strömungsdüse 120, die am Auslassende der Einlassbohrung 116 angebracht ist. Die Einlassbohrung ist mit der Leitung 36,und die Auslassbohrung 118 ist mit der Leitung 39 verbunden (siehe Fig.1).

Der Anker 104 besitzt einen unteren Abschnitt 104a, der in der Mittelbohrung 114 angeordnet ist. Das untere Ende des Ankers ist zu einer Anschlagfläche 104b ausgebildet, d.'.f der Düse 120 gegenüber liegt und sich gegen die Düse anlegen kann.

Die Anordnung und Ausbildung der Anschlagfläche 104b in Bezug auf die Düse 120 bestimmt den Druckabfall oder Unterdruck, der sich beim Durchgang des Mediums durch das Ventil einstellt. Die Grosse des Unterdrucks ist abhängig von dem Abstand zwischen der Anschlagfläche 104b und der Düse 120. Mit anderen Worten: Je näher sich die Anschlagfläche

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bei der Düse befindet, umso grosser ist der Unterdruck, und je weiter sich die Anschlagfläche von der Düse weg befindet, umso geringer ist der Unterdruck. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform des Ventilaggregats hat der untere Abschnitt 104a eine so viel grössere Länge als der obere Abschnitt, dass eine Einstellung der Lage der Anschlagfläche und eine Arbeitsweise des Systems mit positivem Dialysatdruck (Dialysatüberdruck) möglich ist. Die Länge des unteren Abschnitts 104a beträgt bei dieser erfindungsgemässen Ausführungsform des Ventils ein Mehrfaches der bei dem vorgenannten Standardmodell 58 vorgesehenen Länge des unteren Abschnitts; bei dem Standardmodell 58 konnten mit demselben System von Kräften positive Dialysatdrücke (Überdrücke) nicht erzielt werden. Es hat sich herausgestellt, dass das hier beschriebene erfindungsgemässe Ventil eine Arbeitscharakteristik hat, die im wesentlichen linear verläuft.

Die Stellung des Ankers relativ zur Düse wird durch Einstellen der Stromstärke in der Magnetspule geregelt. Der Anker ist durch das federartige Glied 106 in einer ersten Stellung vorgespannt, und zwar derart, dass, wenn in der Spule kein Strom fliesst, dass Ventil sich in einer Offenstellung befindet, in der die Anschlagfläche 104b sich in grösserem Abstand von der Mündung der Düse 120 befindet und sich nur ein sehr kleiner Druckabfall durch das Ventil hindurch einstellt.

Die Magnetspule 102 ist mit einem gepufferten oder gebremsten Operationsverstärker zu gemeinsamen Arbeiten mit dem Wandler 40 gekoppelt. Es ist ersichtlich,dass die grosse Länge des unteren Abschnittes 104a des Ankers (d.h. der Abstand zwischen dem GeDank 106 und der Anschlagfläche 104; erlaubt, sehr genau geregelte kleine Änderungen des Abstands zwischen der DUsenmündung und der Aufschlag-

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fläche zu bewirken. Somit kann die Einstellung der Aufschlagfläche 104b relativ zu der Mündung der Düse 120 durch sehr kleine Änderungen der Stärke des der Magnetspule 102 zugeführten Stromes gesteuert werden. Dies gilt durchweg praktisch über den ganzen Arbeitsbereich des Ventils.

Wenn der elektrische Stromfluss durch die Spule zunimmt, wird der obere Teil des Ankers gegen die Vorspannfeder gezogen und wird der Aufschlagteil 104b gegen die Mündung der Düse 120 heranbewegt, wodurch der Unterdruck erhöht wird. Es wurde festgestellt, dass sich der Unterdruck praktisch linear mit zunehmendem Stromfluss durch die Spule erhöht. Somit kann die Einstellung der Aufschlagfläche und der Unterdruck sehr genau gesteuert werden, selbst bei hohen Unterdruckwerten, z.B. -400 oder -500 mm Hg.

Da der einzige sich bewegende Teil des Systems der Anker ist und die Arbeitscharakteristiken praktisch linear sind, ist ausserdem die zur Veränderung des Unterdrucks am Ventil erforderliche Ansprechzeit sehr klein. Die für das ganze System erforderliche Zeit zum Einstellen von Änderungen des Unterdrucks und zur Stabilisierung entsprechen den auf das System einwirkenden Zwangskräften (constraints). Bei dem erfindungsgemässen System ist die Ansprechzeit, die für eine Änderung von -200 mm Hg auf 0 mm Hg erforderlich ist, in der Grössenordnung von 30 Sekunden. Unterschiedliche Systeme können nach längeren oder kürzeren Zeiten ansprechen, die von den System-Zwangskräften abhängen.

Nach der Erfindung ist anzunehmen, dass Klappenventilaggregate nach Art des in Fig. 2 bei 38 dargestellten sich leicht zwischen Dialysemaschinen untereinander auswechseln bzw. austauschen lassen, so dass Schwierigkeiten für die Eichausrüstung und Standardisierungsausrüstung vermieden werden, wenn das Ventilaggregat ersetzt wird.

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III.
Transmembrandruck-Einstellung oder-Regelung

Die nach der Erfindung verwendete Dialysemaschine, wie sie durch die Baxter Travenol Laboratories, Inc. unter dem Namen "System zur Anpassung der Zufuhr von Dialysemedium (5M 1352 - 5M 1355)" vertrieben wird, kann als System mit proportionaler Dialysatlieferung bezeichnet werden. Diese Maschinen sind in Form von Modulen aufgebaut, wobei innerhalb beweglicher und zweckdienlicher und/ oder steuerbarer Module unterschiedliche Aufgaben gelöst werden. Fig. 3 zeigt die Frontwand eines Transmembran-/ Dialysatdruck-Moduls 200. Diese Wand zeigt ein Messgerät 201 für den Unterdruck, das eine Skala für eine Ablesung des Unterdrucks von Null (0) bis -500 mm Hg zeigt. Eine Schieber-Steuervorrichtung 202 dient zur Einstellung des Transmembrandrucks, wie es nachstehend beschrieben wird.

Dieser Modul kann entweder als Messgerät für den Dialysatdruck oder als Messgerät für den Transmembrandruck arbeiten. Eine Anzeigelampe 204 leuchtet auf, wenn die Maschine als Dialysatdruck-Messgerät arbeitet, und eine Lampe 206 leuchtet auf, wenn die Maschiie als Messgerät für den Transmembrandruck arbeitet. Ein Schalter 208 erlaubt es, entweder die Arbeitsweise als Transmembrandruck-Messgerät oder als Dialysatdruck-Messgerät zu wählen. Während der Einstellungsphase und im Anfangsteil des Arbeitens des Geräts wird dieses auf Arbeiten als Messgerät für den Dialysatdruck betrieben. Nach Stabilisierung kann das Gerät als Messgerät für den Transmembrandruck umgestellt werden.

Der Transmembrandruck im Dialysator ist annähernd durch Messen der Differenz zwischen dem vom Druckwandler 70 angezeigten venösen Druck und dem von Druckwandler 40 gelieferten Unterdruck festzustellen. Wenn z.B. der venöse Druck

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+50 und der Unterdruck -200 beträgt, ist der Transmembrandruck 250.

Die Bedienungsperson kann durch Betätigung des Steuerschiebers 202 einen gewünschten Transmembrandruck wählen. Zum Beispiel kann der Transmembrandruck auf 300 eingestellt und dieser Druck automatisch durch das Arbeiten des

werden Unterdruckregelventils 38 aufrechterhalten^ während sich der venöse Druck ändert. Die Anwendung des Klappenventils 38 ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die Änderungen des Unterdrucks bei diesem Ventil Änderungen in dem venösen Blutdruck schnell folgen oder "nachziehen".

III. A.
Alarmzustand bei Transmembrandruck Null

Es kommen Verhältnisse vor, bei denen die Bedienungsperson wünscht, den Transmembrandruck auf Null zu bringen (d.h. dassquer durch die Membran keine Druckdifferenz auftritt). Jedoch soll der Dialysatdruck den Blutdruck niemals übersteigen, da sonst unerwünschte Verunreinigungen durch die halbdurchlässige Membran und in das Blut eintreten können.

Unter normalen Arbeitsbedingungen ist ein Alarmgebebereich von i 50 mm Hg vorgesehen. Wenn z.B. der Unterdruck bei 200 mm Hg liegt, würden Alarmsignale erzeugt, wenn der Transmembrandruck sich nicht innerhalb des Druckbereichs von 150 bis 250 mm Hg befindet. Wenn aber ein solcher Alarmbereich vorgesehen ist und der Transmembrandruck 0 mm Hg ist, so würde der Druck auf der Dialysatseite der Membran möglicherweise und unerwünscht den venösen Blutdruck überschreiten.

Wie nachstehend ausgeführt ist, sind (erfindungsgemäss) Mittel vorgesehen, die verhindern, dass der Dialysatdruck den Blutdruck überschreitet und durch die geeignete Alarmvor-

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richtungen erregt und in Gang gesetzt werden. Im Falle, dass der Dialysatdruck den venösen Druck überschreitet, wird weitere Dialyse durch Öffnen eines Umleitungsventils 48 und Schliessen des Dialyseeinlassventils 52 sowie des Dialyseauslassventils 58 verhindert. Diese Massnahmen trennen den Dialysator vollständig vom Dialysatzustrom ab und verhindern eine unerwünschte Situation, in der der Dialysatdruck über den Blutdruck hinaus zunehmen kann. Ferner werden hörbare und sichtbare Alarmsignale ausgelöst.

Gemäss Fig. 4 strömt das Dialysat durch den Unterdruckwandler 40. Der Unterdruckwandler 40 enthält einen Operationsverstärker, der eine Spannung erzeugt, welche nach Maßgabe des im Wandler herrschenden Drucks variiert. Wenn der Druck am Wandler 40 in Wirklichkeit ein Unterdruck ist, wird am Ausgang des Wandlers 40 eine positive Spannung erzeugt; wenn der Druck am Wandler 40 positiv ist, wird am Ausgang des Wandlers 40 eine negative Spannung erzeugt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das am Ausgang des Wandlers 40 für den Unterdruck erzeugte Signal bei einem Unterdruck von -100 mm Hg +1,6 Volt betragen. Bei einem Druck von 0 mm Hg wird die Spannung am Ausgang des Druckwandlers 40 0 Volt und bei einem Druck von + 100 mm Hg -1,6 Volt. Diese Ausgangsspannung wird vom Wandler 40 zu dem einen Eingang 300 eines in dem Druckmodul 200 befindlichen Addierstromkreises 302 geleitet.

Der Wandler 70 für den venösen Druck enthält einen Operationsverstärkerkreis, der eine Spannung erzeugt, die sich nach Maßgabe des dem Wandler zugeführten venösen Druckes ändert. Bei der bevorzugten Ausfi hrungsform der Erfindung ändert sich die Ausgangsspannung des Druckwandlers 70 in . einem Bereich von -2 Volt bei einem Druck von 0 mm Hg bis zu -8 Volt bei einem Druck von 300 mm Hg. Dieses Ausgangssignal wird vom Druckwandler 70 ausgehend einem Verstärker/ Umkehrer 304 zugeführt, der sich in dem Druckmodul 200 befindet. Der Verstärker/Umkehrer liefert einen Faktor für

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die Einstellung des Maßstabes für das Ausgangssignal und zusätzlich eine Umkehr (inversion). Demzufolge wird die Spannung am Ausgang des Verstärkers/Umkehrers 304 sich von O Volt bei einem Druck vom 0 mm Hg bis auf +4,8 Volt bei einem Druck von 300 mm Hg ändern. Das durch den Verstärker/Umkehrer 304 gelieferte Signal wird einem zweiten Eingang 306 des Addierstromkreises 302 zugeführt.

Der Addierstromkreis 302 addiert die ihm durch die Eingänge 300 und 306 zugeführten Signale entsprechend ihrer Grosse zu einer Summe der den Eingängen 300 und 306 zugegangenen Signale. Wenn z.B. der Dialysatdruck -100 mm Hg beträgt, so ist die dem Eingang 300 zugeführte Spannung +1,6 Volt. Wenn der venöse Druck 100 mm Hg beträgt, werden dem Eingang 306 gleichfalls +1,6 Volt zugeführt. Die Ausgangsspannung des Addierstromkreises 302 beträgt dann 3,2 Volt. Die Ausgangsspannung des Addierstromkreises 302 wird einem Verstärker 308 zugeführt, durch den sie verstärkt und einem Komparator 310 zugeführt wird.

Der Komparator 310 vergleicht das ihm vom Verstärker 308 zugeführte Signal mit einer Bezugsspannung. Wenn die vom Verstärker 308 zugeführte Signalspannung grosser als die Bezugsspannung ist, erzeugt der Komparator 310 ein Ausgangssignal, das einem Alarmstromkreis 312 zugeführt wird, der dann einen hörbaren und sichtbaren Alarm erzeugt. Der Alarmstromkreis 312 ist ferner derart mit den Ventilen 48, 52 und 58 verbunden, dass das Ventil 48 geöffnet und die Ventile 52 und 58 geschlossen werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird, wenn der Dialysatdruck positiv statt negativ wird, die am Ausgang des Wandlers 40 erzeugte Spannung positiv. Wenn z.B. der Dialysatdruck +100 mm Hg beträgt, wird die Spannung am Eingang 300 -1,6 Volt. Der Blutdruck, wie er vom Wandler 70 abgefühlt wird, bleibt bei 100 mm Hg,

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so dass der Dialysatdruck und der Blutdruck gleich gross sind. In diesem Falle erzeugt der Verstärker/Umkehrer 304 eine Spannung von +1,6 Volt, die dem Eingang 306 des Addierstromkreises 302 zugeführt wird. Der Addierstromkreis 302 addiert die an den zwei Eingängen erzeugten Spannungen und erzeugt dann eine Ausgangsspannung von 0 Volt. Das Null-Volt-Signal, das von dem AddierStromkreis 302 erzeugt wurde, wird dem Verstärker 308 und von diesem dem Komparator 310 zugeführt. Ein Null-Volt-Signal, das die Gleichheit des Drucks am Druckwandler 70 und am Druckwandler 40 anzeigt, und jegliches mehr positives Signal, das anzeigt, wenn der Druck am Wandler 40 grosser als am Wandler 70 ist, steuert den Komparator 310 so, dass er ein Ausgangssignal erzeugt und die in dem Alarmstromkreis 312 befindlichen Alarmorgane in Gang setzt. Der Alarmstromkreis 312 öffnet dann das Ventil 48 und schliesst die Ventile 52 und 58, wodurch eine Umleitung UJfi den Dialysator 54 hergestellt wird.

III. B.

Alarm-Zustandsbedingungen bei Ausfallen des venösen Blutdrucksignals

Dieser Alarmzustand soll verhindern, dass der Transmembrandruck über eine vorher eingestellte Grenze hinaus zunimmt. Der Wandler 70 des venösen Drucks liefert eine Information an den Druckmodul, die er mit dem vom Wandler 40 des Unterdrucks vergleichen soll, derart, dass ein angemessener Transmembrandruck aufrechterhalten wird.

Es ist möglich, dass von dem venösen Druckwandler Signale an dem Transmembrandruckmodul nicht ankommen, z.B. wenn falsche Verbindungen zwischen den verschiedenen Modulen der Maschine vorliegen. Wenn ein Signal ankommt, geht die Maschine nach der vorliegenden Ausführung davon aus, dass der venöse Druck -100 mm Hg beträgt. Wenn die Maschine richtig arbeiten würde und wenn das venöse Drucksignal +200 be-

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trägt und der Transmembrandruck auf 300 eingestellt ist, so würde der Dialysatdruck auf -100 eingeregelt. Wenn jedoch kein venöses Drucksignal ankommt, vriirde die Maschine so arbeiten, als ob ein venöser Druck von -100 vorhanden wäre (obgleich der wirkliche Druck +200 ist). Ausgehend von der -100-Druckanzeige bewirkt der Modul für den Transmembrandruck, dass die Regelorgane des Unterdrucks erlauben, dass dieser Druck -400 erreicht. Demzufolge würde der tatsächliche Transmembrandruck 600 sein (d.h. sich zusammensetzen aus dem tatsächlichen venösen Druck von +200 minus dem wirklichen Dialysatdruck von -400). Jedoch würde der angezeigte Transmembrandruck nur 300 sein und kein Alarm ausgelöst.

Wie nachstehend beschrieben, ist ein elektronischer Stromkreis vorgesehen, der folgendes bewirkt;

1) Weitere Dialyse zu verhindern, indem der Dialysator vom Dialysatzufluss mittels der Ventile 4S₉ 52 und 58 abgetrennt und die Strömung durch diese um den Dialysator umgeleitet wird, und

2) hörbare und sichtbare Alarmsignale erzeugt werden, wenn von dem Wandler für den venösen Druck dem Druckmodul kein Signal zugeführt wird.

Wie vorstehend angegeben, enthält der Wandler 70 für den venösen Druck einen Operationsverstärkerkreis, der eine Spannung erzeugt, die nach Maßgabe des am Wandler bestehenden venösen Drucks variiert. Ferner ändert sich am Ausgang des Verstärkers/Umkehrers 304 die Spannung zwischen 0 Volt bei 0 mm Hg auf +4,8 Volt bei 300 mm Hg.

In Fig. 4 ist ein Widerstand 320 gezeigt, der zwischen einem Bezugspotential und dem Verstärker/Umkehrer 304 liegt. Der Widerstand 320 ist in der bevorzugten Ausführungsform an ein Potential von positiver Spannung angeschlossen und hat eine Grosse von ungefähr 200 Kohm. Ein solcher Widerstand

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wird in der Technik gewöhnlich als Schwächungswiderstand bezeichnet.

Der Ausgang des Verstärker/Umkehrers 304 ist nicht nur mit dem Addierstromkreis 302, sondern auch mit dem Eingang eines KomparatorStromkreises 322 verbunden. Ferner ist an den Komparator 322 eine Bezugsspannung angeschlossen. Wenn das im Komparator 322 zugeführte Signal grosser ist als die Bezugsspannung, so erzeugt der Komparator 322 ein Vergleichssignal, das einem Alarmstromkreis 324 zugeführt wird. Dieses Vergleichssignal setzt die Alarmorgane für hörbare und sichtbare Alarmsignale in Gang, die sich in dem Alarmstromkreis 324 befinden. Ausserdem öffnet der Alarmstromkreis 324 das Ventil 48 und schliesst die Ventile 52 und 58, so dass die Dialysatormembran 54a umgangen wird.

Sollte der Wandler 70 des venösen Drucks unabsichtlich von dem Verstärker/Umkehrer 304 getrennt werden, oder sollte die Verbindung zwischen beiden zerstört sein, so ist die dem Verstärker/ümkehrer 304 zugeleitete Eingangsspannung 0 Volt. Wenn die Verbindung mit dem Eingang des Verstärkers/Umkehrers 304 getrennt ist, so bewirkt der Schwächungswiderstand 320, dass dieser Eingang positiv wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Eingang mit einer Spannung von etwa +0,5 Volt positiv, was einem Blutdruck entspricht, der mehr als -100 mm Hg negativ ist. Die Ausgangsspannung des Verstärker/Umkehrers 304 wird nun negativ statt - wie unter normalen Bedingungen - positiv. Die dem Verstärker/Umkehrer 304 zugeführte +0,5 Volt-Spannung lässt den Verstärker an seinem Ausgang eine Spannung von ungefähr -1,8 Volt erzeugen. Dieses -1,8 Volt-Signal wird dem Komparator 322 zugeführt und veranlasst diesen, ein Vergleichssignal zu erzeugen, das dem Alarmstromkreis 324 zugeführt wird. Im Falle, dass eine wie hier vorausgesetzte offene Verbindung nicht vorliegt und die Spannung des venösen Signals

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kleiner als O Volt (d.h. -100 mm Hg entsprechend) ist, werden die Alarmsignale dennoch erzeugt. Wie oben angegeben, erregt der Alarmstromkreis 324 die hörbaren und sichtbaren Alarmsignale, öffnet das Ventil 48 und schliesst die Ventile 52 und 58, wodurch ein übermässiger Transmembrandruck verhindert wird.

Es ist ersichtlich, dass an der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung zahlreiche Änderungen möglich sind, ohne von dem Umfang des Erfindungsgedankens abzuweichen.

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Claims

Patentansprüche :

1. Dialysemaschine mit einer das Blut vom Dialysat trennenden Membran,

dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende in Verbindung miteinander stehende Teile enthält:

- einen Dialysatdruck-Wandler (40), der den Druck des an der Membran (54a) entlangströmenden Dialysats abfühlt und dabei ein erstes Signal erzeugt, das sich nach Massgabe des abgefühlten Drucks ändert;

- einen Wandler (70) für den venösen, d.h. vom Venensystem kommenden Druck, der den Druck des an der Membran entlangströmenden Bluts abfühlt und dabei ein zweites Signal erzeugt, das sich nach Maßgabe dieses venösen Drucks ändert;

- einen ersten Vergleichsstromkreis (

Stromkreis 304, 302, 308), der sowohl mit dem Dialysatdruck-Wandler (40) als auch dem Wandler (70) des venösen Drucks verbunden und so ausgebildet ist, dass er ein Steuersignal erzeugt, das sich nach Maßgabe des empfangenen ersten und des empfangenen zweiten Signals verändert,

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- einen zweiten Steuerstromkreis C5i2), der auf das Steuersignal des ersten Stromkreises (3^0, 302, 308), wenn es eine vorgegebene Grosse überschreitet, die einem den Blutdruck überschreitenden Dialysatdruck entspricht, anspricht und dabei eine oder mehrere Arten von Alarm gibt.

2. Dialysemaschine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass der erste Komparator-Stromkreis (304, 302, 308) ein Addierwerk (302) enthält,

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das an den Dialysatdruck-Wandler (4O) und an den Wandler (70) des venösen Drucks angeschlossen ist,das genannte erste Signal und das genannte zweite Signal addiert und das genannte Steuersignal des ersten Vergleichsstromkreises erzeugt.

3. Dialysemaschine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass der sogenannte zweite Stromkreis (31Q,^-einen ersten Komparator (310) enthält, der auf das Steuersignal des ersten Stromkreises (304, 302, 308) anspricht, wenn es die besondere vorgegebene Grosse überschreitet, und ein Vergleichssignal erzeugt, und dass der zweite Stromkreis einen Alarmgeber (312) enthält, der mit Aussendung eines Alarmsignals auf das Vergleichssignal anspricht.

4. Dialysemaschine nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass der sogenannte zweite Stromkreis^J(312) einen Komparator (310) enthält, der an den Addierwerkstromkreis (302) angeschlossen ist und ansprechend auf ein Steuersignal des ersten Stromkreises (304, 302, 308) ein Vergleichssignal erzeugt, wenn die Grosse des Steuersignals die vorgegebene besondere Grosse überschreitet und dass der zweite Stromkreis (312) einen an den Komparator angeschlossenen Alarmgeber (312) enthält, der auf das Vergleichssignal mit Aussendung eines Alarmsignals anspricht.

5. Dialysemaschine mit einer das Blut vom Dialysat trennenden Membran, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende, in Verbindung miteinander stehende Teile enthnlt:

- einen Wandler (70) für den venösen Druck, der den Druck des der Membran entiangströmenden Bluts abfühlt und ein sogenanntes zweites Signal erzeugt, das sich nach Maß'S 09816/0884

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gäbe des Blutdrucks ändert;

- einen sogenannten dritten Stromkreis (320, 304), der an den Wandler (70) des venösen Drucks angeschlossen ist und ein sogenanntes drittes Signal erzeugt, das sich nach Maßgabe des zweiten Signals ändert, wobei das dritte Signal nach Maßgabe einer besonderen Grosse des zweiten Signals und ansprechend auf eine Art der Lösung der Verbindung des Wandlers für den venösen Druck vom dritten Stromkreis und Aufhören des zweiten Signals eine erste bestimmte Grosse annimmt oder hat, und

- einen vierten Stromkreis (322, 324), der mit dem dritten Stromkreis verbunden ist und ansprechend auf das dritte Signal, wenn es die genannte erste bestimmte Grosse hat, einen Alarm bzw. einen Alarmgeber in Gang setzt.

6. Dialysemaschine nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Stromkreis (320, 304) einen Widerstand (320), der an ein Bezugspotential angeschlossen ist, und einen Verstärker (304) enthält, der an den Widerstand und den Wandler (70) des venösen Drucks angeschlossen ist und der ansprechend auf das zweite Signal und ein vom Widerstand kommendes Widerstandssignal das dritte Signal erzeugt, das nach Maßgabe einer besonderen Grosse·des zweiten Signals und ansprechend auf das Widerstandssignal und ansprechend auf eine oder die andere Art des Lösens der Verbindung des Wandlers (70) für den venösen Druck und das Aufhören des zweiten Signals bzw. auf ein diese Vorgänge anzeigendes Signal die vorgenannte erste besimmmte Grosse hat oder annimmt.

7-· Dialysemaschine nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Stromkreis (322,

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324) einen Komparator (322), der an den dritten Stromkreis (320, 304) angeschlossen ist und ansprechend auf die besondere Grosse des dritten Signals ein entsprechendes Vergleichssignal erzeugt, und einen Alarmgeber (324) enthält, der an den Komparator angeschlossen ist und ansprechend auf das Vergleichssignal ein Alarmsignal liefert.

8. Dialysemaschine nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet.dass der vierte Stromkreis (322, 324) einen Komparator (322), der an den Verstärker (304) angeschlossen ist und der ansprechend auf die besondere Grosse des dritten Signals ein Vergleichssignal erzeugt, und einen Alarmgeber (324) enthält, der an den Komparator angeschlossen ist und ansprechend auf das Vergleichssignal ein Alarmsignal liefert.

9. Dialysemaschine mit einer Blut und Dialysat trennenden Membran, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende, in Verbindung miteinander stehende Teile enthält:

- einen Wandler (70) für den venösen Druck, der dem Druck des an der Membran (54a) entlangströmenden Bluts abfühlt und dabei ein zweites Signal erzeugt, das sich nach Maßgabe dieses Blutdrucks ändert;

- einen ersten Stromkreis (302, 308, ), der an den Wandler (40) des Dialysatdrucks und an den Wandler (70) des venösen Drucks angeschlossen ist und ein Steuersignal des vorgenannten ersten Stromkreises erzeugt, das sich nach Maßgabe des ersten Signals und des zweiten Signals ander;

- einen zweiten Stromkreis (312), der auf das Steuersignal des ersten Stromkreises anspricht, wenn es eine vor-

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—frgegebene besondere Grosse überschreitet, die einem den Blutdruck überschreitenden Dialysatdruck entspricht, und dabei in einer oder mehreren Arten Alarm gibt;

- einen .dritten Stromkreis (320, 304), der an den Wandler (70) des venösen Drucks angeschlossen ist und ein drittes Signal erzeugt, das sich nach Maßgabe des zweiten Signals ändert, wobei das dritte Signal ansprechend auf eine besondere Grosse des zweiten Signals sowie ansprechend auf irgendeine Art des Lösens der Verbindung des Wandlers des venösen Drucks vom dritten Stromkreis und Aufhören des zweiten Signals bzw. ansprechend auf ein diese Vorgänge anzeigendes Signal eine erste besondere Grosse hat oder annimmt, und

- einen vierten Stromkreis (321, 324), der an den dritten Stromkreis angeschlossen ist und ansprechend auf das dritte Signal, wenn es die vorgenannte erste bestimmte Grosse hat oder angenommen hat, einen Alarmgeber (324) für eine oder mehrere Arten von Alarm in Gang setzt.

10. Dialysemaschine zur Verwendung bei einem mit Unterdruck arbeitenden Dialysator,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterdruckregelventil (38) stromaufwärts vom Dialysator (54) vorgesehen und dem Ventil, mit diesem zusammenarbeitend, stromabwärts ein Unterdruckfühler (40) zugeordnet ist, wobei eine Unterdruckpumpe (Saugpumpe 62) zum Absaugen des Dialysats durch dieses Ventil und den Dialysator hindurch vorgesehen ist, und dass das Unterdruckregelventil aus einem elektromagnetisch steuerbaren Klappenventil (38) besteht, das eine genaue Regelung des Unterdrucks besorgt und die Zeit auf ein Minimum herabsetzt, in der die Maschine ,jeweils auf Änderungen des Unterdrucks anspricht.

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11. Dialysemaschine nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass das Klappenventil (38) folgende Teile enthält:

- einen Rahmenkörper (100, 110), der am einen Ende einen Elektromagneten (102), am anderen Ende ein Gehäuse (110) für ein strömendes Medium und eine durch diese Teile hindurchgehende Mittelbohrung (114) aufweist;

- einen langgestreckten Anker (104), der einen oberen und einen unteren, derart schwenkbar am Gehäuse gelagerten Abschnitt besitzt, dass der obere Abschnitt von dem Magneten umgeben ist und sich der untere Abschnitt in das Strömungsgehause erstreckt;

- dass ferner das Strömungsgehäuse eine Einlassbohrung (36) und eine Auslassbohrung (39) aufweist, die im wesentlichen miteinander fluchten und an ihren inneren Enden einen Abstand voneinander haben, und dass der Anker (104) eine Anschlagfläche (104b) am unteren Abschnitt an dessen unterem Ende besitzt, die zwischen den inneren Enden der Bohrungen angeordnet und derart zu dem inneren Ende der Einlassbohrung hin und von dieser weg beweglich ist, dass der Unterdruck nach Maßgabe des im Magneten strömenden Stroms steuerbar bzw. veränderlich einstellbar ist.

12. Dialysegerät nach Anspruch 1.1,

dadurch gekennzeichnet, dass es eine Federvorspannungsvorrichtung (106) aufweist, die dem Anker (104) in Zusammenarbeit mit diesem zugeordnet ist und den Anker in einer ersten Offenstellung hält, wenn in dem Magneten kein Strom fliesst.

13.Dialysegerät nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass es am inneren Ende der

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Einlassbohrung eine Düse (120) aufweist, die zur Zusammenarbeit mit der Anschlagfläche (iO4b) am Anker (104) ausgebildet ist.

14. Dialysemaschine nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass das Klappenventil (38) einen Gehäusekörper (100, 110) besitzt, der am einen Ende den Elektromagneten (102) enthält und am anderen Ende zu einem das strömende Medium aufnehmenden Gehäuse ausgebildet ist, das eine durch das Gehäuse hindurchgehende Mittelbohrung (114) aufweist, die einen langgestreckten Anker (104) aufnimmt, dessen oberer und unterer Abschnitt schwenkbar am Gehäusekörper derart gelagert sind, dass der obere Abschnitt vom Magnet umgeben ist und der untere Abschnitt sich in das Strömungsgehäuse erstreckt, wobei dieser untere Abschnitt eine Länge hat, die wesentlich grosser als die Länge des oberen Abschnitts ist, derart, dass eine genaue Steuerung der Lage des unteren Abschnitts ermöglicht ist.

Der Patentanwalt I)

Dr.

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