DE2900699A1 - Vorrichtung zum feinregulieren des durchflusses einer fluessigkeit und zum stabilisieren der stroemungsgeschwindigkeit der fluessigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feinregulieren des Durchflusses einer Flüssigkeit und zum Stabilisieren der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Die Vorrichtung ist zum genauen Dosieren einer Flüssigkeit bestimmt, insbesondere in einer Vorrichtung für die Perfusion und Transfusion.

Die Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten in Leitungen, die einer Differenz in piezometrischen Lasten unterliegen (definiert als die Summe aus Druckdifferenz und Höhendifferenz), bildet ein Problem allgemeinen Interesses und hat deshalb die vielfältigsten Lösungen gefunden, die nicht immer zufriedenstellend sind und die sich auf den verschiedensten Anwendungsgebieten befinden.

Ein solches Problem tritt insbesondere im Falle der Veneninfusion auf, nämlich die Infusion von pharmazeutischen Lösungen der verschiedensten Art in die Vene eines Patienten. In solchen Fällen wird ein flexibler Schlauch, gewöhnlich aus Kunststoff, an einem Ende mit einem Behälter verbunden, der eine Lösung aus einem pharmazeutischen Mittel enthält, während er an seinem anderen Ende mit einer Nadel versehen ist, die in die Vene des Patienten eingeführt wird. Die Flüssigkeit fließt durch Schwerkraft, indem der Behälter in entsprechender Höhe aufgehängt wird, und der Durchfluß wird mittels irgendeiner Vorrichtung reguliert, die einen Druck veränderlicher Größe auf den Schlauch selbst ausübt, um damit eine Drossel oder eine Verengung veränderlicher Abmessung entstehen zu lassen.

Die bisher allgemein benutzten Vorrichtungen zur Änderung der Durchflußgeschwindigkeit in Schläuchen mit flexibler Wandung, die Flüssigkeiten führen können, besonders Transfusions- oder Infusionsflüssigkeiten, sind extrem simpel und garantieren nicht, dass während der gesamten Infusionsdauer konstante Durchflußgeschwindigkeiten aufrechterhalten bleiben. Ferner gestatten solche Vorrichtungen, die noch benutzt werden und für die als Beispiel die sogenannten MOHR-Klemmen angegeben werden können, keine Feinregulierung der Durchflußgeschwindigkeiten, während gleichzeitig die von der Klemme auf die Schlauchwand ausgeübte Druckkraft eine Änderung der physikalischen Strukturcharakteristiken des Teils des Schlauchs hervorruft, der der Wirkung der Klemme ausgesetzt ist, was mit einem fortschreitenden Verlust der Elastizität und einer fortschreitenden Wölbung verbunden ist, die zum Reißen und schließlich zum Platzen des Schlauchs selbst führen kann. Natürlich können solche Mängel sich als besonders schwerwiegend erweisen, wenn eine Infusion oder Transfusion durchgeführt werden muß, bei der die Größe der Durchflußgeschwindigkeit mit äußerster Sorgfalt und Genauigkeit bestimmt werden muß, und wenn die vorbestimmte Größe über einen erheblichen Zeitraum hinweg konstant bleiben muß. Es können sich sogar noch schwerwiegendere Mängel dann einstellen, wenn wegen der übermäßigen Druckwirkung der Klemme und der daraus resultierenden Ermüdung des Schlauchs die Strömungsgeschwindigkeit variiert, indem sie entweder übermäßig zunimmt oder fast bis zum Nullpunkt abfällt.

Seit einiger Zeit arbeitet man mit bestimmten elektronischen Vorrichtungen, die automatisch die Regelung der Durchflußgeschwindigkeit der Transfusions- oder Infusionsflüssigkeit übernehmen. Ihre Anwendung ist jedoch wegen ihrer Kosten auf die Fälle beschränkt, bei denen es absolut notwendig ist, eine genaue Dosierung von besonders aktiven medikamentösen Substanzen vorzunehmen, die einem in Behandlung befindlichen Patienten verabreicht werden, weil anderenfalls eine schwerwiegende Schädigung des Patienten eintreten könnte.

Es ist also ersichtlich, dass schon seit einiger Zeit ein Bedarf besteht, an die Stelle der simplen Vorrichtungen, die vorstehend für die Regulierung des Durchflusses in flexiblen Schläuchen erwähnt worden sind, eine Vorrichtung treten zu lassen, die die genannten Nachteile nicht hat, eine Feinregulierung der Durchflußgeschwindigkeit ermöglicht und das Aufrechterhalten der Durchflußgeschwindigkeit auf einem vorbestimmten Wert über lange Zeiträume hinweg gestattet, ohne dass die Notwendigkeit besteht, teure elektronische Vorrichtungen zu benutzen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Feinregulieren des Durchflusses und zum Stabilisieren der Durchflußgeschwindigkeit zu schaffen, die die Feinregulierung der Durchflußgeschwindigkeit einer Flüssigkeit, besonderes einer Transfusions- oder Infusionsflüssigkeit, gestattet, die durch eine flexible Schlauchleitung fließt, und die das Aufrechterhalten der eingestellten Durchflußgeschwindigkeit mit einem vorbestimmten Wert über lange Zeiträume hinweg ermöglicht, ohne dass eine Ermüdung oder Abnutzung des flexiblen Schlauchs bewirkt wird.

Weiter soll erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Feinregulieren des Durchflusses und zum Stabilisieren der Durchflußgeschwindigkeit geschaffen werden, bei der die Regulierung der Durchflußgeschwindigkeit erfolgt, ohne dass die Benutzung komplizierter oder teurer elektronischer Vorrichtungen erforderlich ist, wobei die Vorrichtung einen konstanten Durchfluß der Flüssigkeit durch den flexiblen Schlauch aufrechterhält, ohne dass weitere Maßnahmen oder Regelungen auf Seiten des Benutzers erforderlich sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Feinregulieren des Durchflusses und zum Stabilisieren der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit gelöst, die gekennzeichnet ist durch

(1) einen kastenförmigen Behälter, der einen Hohlraum bildet, in welchem ein Druck (oder Bezugsdruck) besteht;

(2) einen ersten hohlzylindrischen Kanal in Kapillarabmessungen in dem Behälter, wobei der Kanal an einem Ende mit dem Hohlraum und am gegenüberliegenden Ende mit der Außenseite des kastenförmigen Behälters in Verbindung steht und Mittel zum Zuleiten einer Flüssigkeit von einer Flüssigkeitsquelle durch den ersten Kanal in den Hohlraum des Behälters vorgesehen sind;

(3) einen zweiten hohlzylindrischen Kanal in dem Behälter, wobei dieser Kanal an einem Ende mit der Außenseite des Behälters in Verbindung steht und Mittel zur Zuleitung der durch den zweiten Kanal fließenden Flüssigkeit zu Mitteln zur Benutzung der Flüssigkeit vorgesehen sind;

(4) und eine flexible Membrane in dem Hohlraum, die so angeordnet ist, dass sie entfernbar die Öffnung des hohlzylindrischen Kanals bedeckt, der in den Hohlraum führt.

Nach einem bevorzugten praktischen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich in einer Wand des Behälters eine Öffnung, die den von dem Behälter gebildeten Hohlraum mit der Außenumgebung in Verbindung setzt, derart, dass der Bezugsdruck gleich dem atmosphärischen Druck ist.

Wie noch im einzelnen aus der Beschreibung eines bevorzugten praktischen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ersehen sein wird, beruht die Arbeitsweise der Vorrichtung auf der Beaufschlagung eines hohlzylindrischen Kanals mit kleinem (kapillarem) Durchmesser mit einer kontrollierten Differenz einer piezometrischen Last, wobei der Kanal einen bekannten hydraulischen Widerstand auf den Flüssigkeitsdurchfluß ausübt. Eine Änderung dieser Differenz der Last hat deshalb den Effekt, die Durchflußgeschwindigkeit nach einem bekannten Gesetz zu ändern, und zwar mit einer Stabilität, die allein von der Stabilität in der Differenz der Ladung und von dem hydraulischen Widerstand des Kapillarkanals abhängt.

Die Präzision und Stabilität des letzteren kann leicht für jede bestimmte Flüssigkeit mittels einer geeigneten Kontrolle des Durchmessers und der Länge des Kanals in kapillaren Abmessungen erhalten werden, eine Kontrolle, die leicht vom Fachmann vorgenommen werden kann.

Die unterschiedlichen Verhalten der Vorrichtung bei deren Benutzung in Verbindung mit verschiedenen Flüssigkeiten kann dann berücksichtigt werden, indem die Relation zwischen der Lastdifferenz und der Durchflußgeschwindigkeit im Kapillarkanal für jede bestimmte Flüssigkeit festgestellt wird, die benutzt wird.

Was die Kontrolle der Lastdifferenz anbelangt, kann man annehmen, dass der Druck und die Höhe stromaufwärts vom Kapillarkanal vollkommen bekannt und stabil sind, wie das üblicherweise der Fall ist, beispielsweise bei Transfusionsflaschen, bei denen der atmosphärische Druck in Höhe des Lochs für die Luftzufuhr herrscht, also unabhängig von der Menge der in der Flasche vorhandenen Flüssigkeit oder von anderen Größen.

Stattdessen kann, was die piezometrische Last stromabwärts vom Kapillarkanal anbelangt, diese gleich einer Bezugslast gemacht wird, welche bezüglich der Einlaß- und Auslaßlast dazwischenliegt, und zwar mittels der genannten Membrane.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind:

Fig. 1 eine stark vereinfachte Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Feinregulieren und Stabilisieren der Durchflußgeschwindigkeit einer Flüssigkeit, in der die Arbeitsweise der Vorrichtung veranschaulicht ist, und

Fig. 2 ein Schnitt durch ein bevorzugtes praktisches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Insbesondere gemäß Fig. 1 ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der ein kastenförmiger Behälter C einen geschlossenen Hohlraum C' bildet, der mit der Außenumgebung nicht verbunden ist und innerhalb dessen ein erster Druck oder Bezugsdruck herrscht, dessen Größe zwischen dem Zudruck der Flüssigkeit zum Hohlraum und dem Abgabedruck der Flüssigkeit aus dem Hohlraum liegt.

In dieser Vorrichtung ist der Druck an der Zuflußöffnung bestrebt, die Membrane ausfedern zu lassen, um den Durchfluß der Flüssigkeit zur Ausflußöffnung zu erleichtern, während der Unterdruck, der an der letzteren Öffnung herrscht, und der die Membrane durch Saugwirkung auf die Öffnung zu zieht, dazu neigt, den Durchfluß zu verhindern. Weil der Druck des Zuflußschlauchs jedoch fast die gesamte Fläche der Membrane beaufschlägt, während der Unterdruck des Abflußschlauchs eine Wirkung hat, die auf die Fläche der Membrane begrenzt ist, die das Abflußloch bedeckt, das einen geeigneten kleinen Durchmesser hat, hängt das Maß der Öffnung des Abflußlochs in der Praxis ausschließlich vom Zuflußdruck und vom Bezugsdruck ab, mit dem die Seite der Membrane beaufschlagt wird, die zur Innenseite des Hohlraums zeigt.

Weil schließlich die Kräfte, die zum Öffnen oder Schließen des Abflußlochs erforderlich sind, extrem klein sind, auch wegen der Flexibilität der Membrane, erreicht der Zuflußdruck automatisch einen Wert, der sich nur wenig vom Bezugsdruck unterscheidet.

Die Regulierung der piezometrischen Last stromabwärts vom Kapillarkanal kann dann durch Änderungen des Bezugsdrucks und/oder der Höhe der Membranvorrichtung in bezug auf den Behälter mit der Flüssigkeit erfolgen, die zu verabreichen ist.

Bezugnehmend auf die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung besteht diese aus einem kastenförmigen Behälter C, der von einem Körper 4 gebildet ist, an dem sich ein erster hohlzylindrischer Kanal 2 in Kapillarabmessungen und ein zweiter hohlzylindrischer Kanal 7 befinden, und daran ist ein Druckelement 5 angebracht. Die Oberseite des Körpers 4 hat einen ringförmigen Vorsprung 9 und einen mittig liegenden Vorsprung 10. Auf diesen Vorsprüngen 9, 10 befindet sich eine Membrane 3, die aus irgendeinem geeigneten flexiblen Material gebildet ist, das in bezug auf die Arbeitsflüssigkeit chemisch inert ist. Das Druckelement 5 ist fest am Körper 4 angebracht und fasst die Membrane 3 längs einer kreisrunden Zone ein, die zwischen dem ringförmigen Vorsprung 9 und den entsprechenden gegenüberliegenden Zonen des Druckelements 5 liegt.

Zu beachten ist andererseits, dass die Membrane 3 einfach auf dem mittig liegenden Vorsprung 10 aufliegt. Das Druckelement 5 hat eine mittig liegende Öffnung 6, die damit den mittig liegenden Hohlraum C' in Verbindung mit der Außenumgebung setzt, so dass in diesem Fall der Bezugsdruck gleich dem atmosphärischen Druck ist. Die Unterseite der Membrane 3 und der Teil der Oberseite des Körpers C, der zwischen dem ringförmigen Vorsprung 9 und dem mittig liegenden Vorsprung 10 liegt, bilden eine ringförmige Kammer 11, in die das obere Ende des Kapillarkanals 2 führt, während das obere Ende des hohlzylindrischen Kanals 7 in die mittig liegende Zone des Vorsprungs 10 führt, in Kontakt mit der Membrane. Die gegenüberliegenden Enden des Kapillarkanals 2 und des hohlzylindrischen Kanals 7 führen jeweils zu Kupplungsstücken 1 bzw. 8, mit denen (nicht dargestellt) die Schlauchleitungen verbunden sind, die den Körper 4 mit der Flüssigkeitsquelle bzw. mit einer Nadel verbinden, über die die Vorrichtung mit dem Patienten verbunden ist, dem die Flüssigkeit verabreicht wird.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt: Die Flüssigkeit gelangt durch das Kupplungsstück 1 in die Vorrichtung, von da aus weiter durch den Kapillarkanal 2, um damit in Kontakt mit der Membrane 3 zu gelangen. Die Membrane 3 ist bestrebt, nach oben auszuwandern, um die darüberliegende Luft nach außen durch die Öffnung 6 des Druckelements 5 zu schieben. Die Flüssigkeit kann damit in den Abflußkanal 7 und durch das Kupplungsstück zur Abflußleitung (nicht dargestellt) gelangen, die mit dem Patienten verbunden ist.

Weil in diesem Fall der Bezugsdruck der atmosphärische Druck ist, bestimmt die Höhendifferenz zwischen der Membrane und dem Zuflußloch für die Luft im Behälter zusammen mit dem bekannten hydraulischen Widerstand des Kapillarkanals die Durchflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Die Regulierung der Durchflußgeschwindigkeit kann dann einfach durch Änderungen in der Höhe der Druckregelvorrichtung erfolgen. Um das zu erreichen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Mitteln (nicht dargestellt) versehen sein, die sie verschiebbar mit einer geeichten Stange (nicht dargestellt) verbinden, um in einstellbarer Weise den Abstand zwischen der Vorrichtung und dem Behälter für die Flüssigkeit ändern zu können, die verabreicht wird.

Zur Wahl für die Herstellung der erfindungsgemäßen stehen eine Vielzahl von Werkstoffen zur Verfügung, insbesondere Kunststoffe, die sowohl die erforderliche chemische Trägheit in bezug auf die Infusions- und Transfusionsflüssigkeiten haben und die erforderliche Festigkeit und Elastizität aufweisen. Als geeignete Werkstoffe für die Herstellung des kastenförmigen Körpers sind Polypropylen, hochdichtes Polyäthylen, Polycarbonate und dergleichen zu nennen.

Leerseite

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Feinregulieren des Durchflusses einer Flüssigkeit und zum Stabilisieren der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, gekennzeichnet durch

(1) einen kastenförmigen Behälter, der einen Hohlraum bildet, in welchem ein Druck (oder Bezugsdruck) besteht;

(2) einen ersten hohlzylindrischen Kanal in Kapillarabmessungen in dem Behälter, wobei der Kanal an einem Ende mit dem Hohlraum und am gegenüberliegenden Ende mit der Außenseite des kastenförmigen Behälters in Verbindung steht und Mittel zum Zuleiten einer Flüssigkeit von einer Flüssigkeitsquelle durch den ersten Kanal in den Hohlraum des Behälters vorgesehen sind;

(3) einen zweiten hohlzylindrischen Kanal in dem Behälter, wobei dieser Kanal an einem Ende mit der Außenseite des Behälters in Verbindung steht und Mittel zur Zuleitung der durch den zweiten Kanal fließenden Flüssigkeit zu Mitteln zur Benutzung der Flüssigkeit vorgesehen sind;

(4) und eine flexible Membrane in dem Hohlraum, die so angeordnet ist, dass sie entfernbar die Öffnung des hohlzylindrischen Kanals bedeckt, der in den Hohlraum führt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum mit der Außenumgebung in Verbindung steht und der Bezugsdruck gleich atmosphärischem Druck ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch (a) einen kastenförmigen Behälter (C), bestehend aus einem Körper (4) und einem Druckelement (5), die zusammen den Hohlraum (C') bilden, wobei das Druckelement (5) eine Öffnung (6) hat, die den Hohlraum (C') mit der Atmosphäre in Verbindung setzt; (b) einen ersten hohlzylindrischen Kanal (2) in Kapillarabmessungen in dem Behälter (C), wobei dieser Kanal (2) an einem Ende mit dem Hohlraum (C') und am gegenüberliegenden Ende mit einem Kupplungsstück (1) an der Außenseite des kastenförmigen Behälters (C) in Verbindung steht und Mittel zum Leiten der Flüssigkeit von einer Flüssigkeitsquelle durch den ersten Kanal (2) in den Hohlraum (C') des Behälters vorgesehen sind; (c) einen zweiten hohlzylindrischen Kanal (7) im Behälter (C), wobei dieser Kanal (7) an einem Ende mit dem Hohlraum (C') und am gegenüberliegenden Ende mit einem Kupplungsstück (8) an der Außenseite des Behälters in Verbindung steht und Mittel zur Zuleitung der durch den zweiten Kanal (7) fließenden Flüssigkeit zu Mitteln zur Benutzung der Flüssigkeit vorgesehen sind; und (d) eine flexible Membrane (3) in dem Hohlraum (C'), die so angeordnet ist, dass sie entfernbar die Öffnung des hohlzylindrischen Kanals (7) bedeckt, der in den Hohlraum (C') führt.