DE2942801A1

DE2942801A1 - Regler fuer eine fluessigkeits-dosiervorrichtung

Info

Publication number: DE2942801A1
Application number: DE19792942801
Authority: DE
Inventors: Nicholas Zissimopoulos
Original assignee: Baxter Travenol Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1979-03-12
Filing date: 1979-10-23
Publication date: 1980-09-25
Also published as: IL58324A0; ES489459A0; FR2454086A1; JPS55122119A; DK478479A; US4266697A; CA1117317A; FR2454086B3; BE882176A; GB2044222A; NL7907271A; ZA796490B; SE7909306L; ES8104721A1

Description

before the European Patent Office

Uiixt er Traue η öl Laboratories, Inc. Möhlstraöe 37

D-8000 München 80

ÜGPrfjeld, 111., U.S.A.

Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

23. Okt. 1979

U-926

Regler für eine Flüssigkeits-Dosiervorrichtung

Die Erfindung betrifft einen Regler für eine Flüssigkeits-Dosiervorrichtung mit einer Öffnung oder Ausnehmung zur Aufnahme einer Kassette, die eine Flüssigkeits-Dosierkammer mit variablem Volumen und mit einer flexiblen Membranwand, einen Einlaß am einen Ende der Dosierkammer und einen Auslaß an ihrem anderen F.nde aufweist, wobei Einlaß und Auslaß guer zur Strömungsrichtung durch die Dosierkammer verlaufende Flüssigkeits-5trömungswege festlegen und das Reglerelement zwei Stößel aufweist, und mit einer Einrichtung, welche die Stößel abwechselnd gegen die Membranu/and andrückt und in Einlaß bzw. Auslaß einführt, um letztere abwechselnd zu öffnen UD(J zu schließen.

I ine Schwierigkeit bei der Verabreichung von parenteraler Lösung besteht darin, daß die üblichen Verabreichungs- bzw. Infusionsvorrichtungen häufig eine ungenügende Genauigkeit bezüglich der Dosierung kleiner, genau bemessener Lösungsmengen oder -Chargen über einen bestimmten Zeitraum hinweg besitzen. Eine Hauptursache dafür ist das Problem des "KaItfließens" der aus Polyvinylchlorid bestehenden Lösungsschlauchleitung, die unter dem Drurk einer Strömungsregel-Klemme zu einer Änderung ihrer Maße neigt.

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Es wurde bereits versucht, die Genauigkeit der Zufuhrdosierung von parenteraler Lösung, insbesondere bei kleinen Durchsatzmengen, durch Anwendung won Pumpen-Infusionssystemen zu verbessern, bei denen das dem Patienten zugeführte Volumen der Lösung mittels einer Pumpe zwangsläufig geregelt wird. Nachteilig dabei ist aber, daß eine solche Vorrichtung unbedingt ausfallsicher sein muß, um eine Lufteinführung in einen unbeaufsichtigten Patienten zu verhindern.

Die US-PS 4 121 584 beschreibt ein anderes Verfahren und eine andere Vorrichtung für die Steuerung und Dosierung eines Strömungsmittels. Grundsätzlich ist dabei eine ein expandierbares Volumen besitzende Kammer mit vorbestimmten Höchstvolumen mit Einlaß und Auslaß sowie Ventilen zur Steuerung der Strömung durch Einlaß und Auslaß versehen. Diese Vorrichtung kann bei Verwendung z.B. bei einer Zufuhreinrichtung für parenterale Lösung vorbestimmte, genau dosierte Lösungsmengen zum Patienten liefern, während die Lösungsinfusion auf übliche Weise unter Falldruck erfolgt, so daß Sicherheit in Verbindung mit genauer Volumendosierung gewährleistet wird.

Die Strömungs- oder Durchsatzmenge bei der Lösungsinfusion wird durch sequentielles öffnen und Schließen von Einlaß- und Auslaßventil gesteuert bzw. geregelt. Wenn das Einlaßventil offen und das Auslaßventil geschlossen ist, füllt sich die expandierbare bzw. dehnbare Kammer. Hierauf werden das Einlaßventil geschlossen und das Auslaßventil geöffnet, so daß die zu verabreichende Lösung aus der Kammer zum Patienten abfließt. Die Infusionsmenge wird durch die Zeitsteuerung beim öffnen beider Ventile bestimmt.

Es wurden bereits zahlreiche Verbesserungen dieser bisherigen Vorrichtung vorgeschlagen (vgl. z.B. die USA-Patentanmeldung Serial No. 951 104 vom 13.10.1978). Beispielsweise sind dabei die zur Hervorbringung der Ventilsteuerwirkung durch den Stößel in Abdichtberührung mit Einlaß und Auslaß gedrückten Abschnitte der Membran durch zusätzliche, von der Membranwand getragene, elastische Polsterelemente versteift, welche die Membranwand verstärken. Hierdurch wird ein Brechen

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der Membran v/erhindert, wenn die Stößel die Membranwand gegen den betreffenden EinlaQ oder Auslaß an der Stelle, an welcher dieser in die Kammer übergeht, andrücken, so daß die Membran als Dichtung wirkt.

Erfindungsgemäß ist nun in vorteilhafter Weise der Stößel so abgewandelt, daß er nur eine Kraft einer vorbestimmten Größe auf die Membran auszuüben vermag. Infolgedessen wird die Membran an Einlaß und Auslaß durch die Stößel schonender behandelt, so daß die elastischen Polsterelemente entfallen können, während dennoch eine ausgezeichnete Betriebslebensdauer der Membran, vorzugsweise für mindestens 24-stündigen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, geboten wird, ohne daß die Membran ausgewechselt zu werden braucht.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten Reglers für eine Flüssigkeits-Dosiervorrichtung, bei welcher Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Membran verbessert und die Fertigungskosten dadurch verringert werden sollen, daß die Notwendigkeit für die Überprüfung der genauen Einbaulage der bei der Erfindung in Fortfall kommenden Polsterelemente entfällt. Erforderlichenfalls können jedoch diese versteifenden Polsterelemente verwendet werden, wenn eine besonders lange Betriebslebensdauer angestrebt wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung bezieht sich also, genauer gesagt auf einen Regler mit einer Flüssigkeits-Dosiervorrichtung mit einem Reglerelement, das typischerweise eine öffnung oder Ausnehmung für das Einsetzen einer Kassette aufweist. Letztere umfaßt ein Gehäuse, das eine Flüssigkeits-Dosierkammer mit einer flexiblen Membranwand umfaßt. An den gegenüberliegenden Enden der Dosierkammer befinden sich ein EinlaQ bzw. ein Auslaß, Einlaß und Auslaß legen Flüasigkeits-Strömungswege fest, ' die quer zur Strömungsrichtung in der Kammer und ebenso quer

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-8-zur Membran verlaufen.

Das die Kassette aufnehmende Reglerelement enthält zwei Stößel, und es ist mit einer Einrichtung versehen, welche die Stößel abwechselnd gegen die Membranwand in der Kassette andrückt, indem die Stößel abwechselnd in Einlaß und Auslaß vorgeschoben werden. Auf diese Weise werden Einlaß und Aus-Jaß abwechselnd geöffnet und geschlossen.

Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, die eine Längenänderung jedes Stößels zwischen einer größten und einer kleinsten Länge gestatten. Durch ein zugeordnetes Federmittel wird jeder Stößel in die Stellung seiner größten Länge gedrängt. Die Kraft, mit welcher der Stößel gegen die Membranwand andrückt, ist demzufolge auf eine durch das Federmittel bestimmte Größe begrenzt.

Das Federmittel kann so gewählt sein, daß es bei Kompression eine Kraft erzeugt, die ausreicht, die Membran in Abdichtbeziehung mit Einlaß bzw. Auslaß zu pressen, während diese Kraft andererseits nicht groß genug ist, um die Membran zu beschädigen. Durch diese Ausgestaltung wird ein bruchfreier Langzeiibetrieb der verwendeten Membran als Dichtung gewährleistet.

Die Stößel werden typisrherweise von einem schwenkbaren Element getragen, das durch einen elektromagnetischen Regler oder dergleichen verschwenkbar ist, um die Stößel nach Bedarf abwechselnd vorzuschieben und zurückzuziehen. Das die Stößel tragende, schwenkbare Element ist vorzugsweise ein Federelement, das in Richtung der Stößelachse auslenkbar ist, um auf diese Weise ein kleines "Spiel" in das System einzuführen.

Die Stößel umfassen jeweils typischerweise eine vom Federelement getragene Hülse mit einem geschlossenen und einem offenen Ende. Ein Stößelkopf ist teilweise in das offene Ende eingesetzt und ragt aus der Hülse heraus, wobei er unter

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Halterung in der Hülse axial verschiebbar ist. Innerhalb der Hülse befindet sich eine Feder, welche den Stößelkopf in seine vorgeschobene Stellung drängt.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Flüssigkeits-Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung, die in Verbindung mit einer herkömmlichen Infusionsanlage zur sicheren und genau dosierten Verabreichung von parenteraler Lösung an einen Patienten eingesetzt werden kann,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, in welchem die arbeitenden Teile der Vorrichtung nach Fig. 1 näher veranschaulicht und die anderen Teile aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen sind, und

Fig. 3 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Längsschnitt durch einen Stößel gemäß Fig. 2.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung gemäß der Erfindung dient zur Steuerung bzw. Dosierung der unter Falldruck durch sie hindurchströmenden Flüssigkeit. Die dargestellte Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse 10, das zur Aufnahme, Halterung und Betätigung einer Einweg-Strömungsregelkassette 12 auf die in der USA-Patentanmeldung Serial No. Θ7Θ 970 (17.2.1978) beschriebene Weise dient. Die Kassette 12 enthält eine ein variables Volumen besitzende Flüssigkeits-Dosierkammer, die ihrerseits durch eine starre Wand 16 der Kassette 12 und eine flexible Membranwand 18 begrenzt ist, die an ihren Rändern mit den starren bzw. steifen Abschnitten der Kassette verschweißt ist. Die Membranwand 18 kann beispielsweise aus Polyvinylchlorid bestehen.

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Wie in der eben genannten USA-Patentanmeldung beschrieben, kann die Kassette 12 in das Gehäuse 13 eingesetzt und dann in Eingriffbeziehung zu den Stößel elementen gezogen «/erden.

Ein Elektromagnet 23 mit E-förmigem Rahmen 22 trägt ein Schwingelement 24 mit einer Blattfeder 26, die ihrerseits Stößel 20 und 30 trägt. Der Elektromagnet 23 betätigt das Schu/ingelement 24, das Dauermagnete 25 und 27 mit entgegengesetzter Polarität an den Außenflächen trägt, in der Weise, daß es sich auf die in der genannten USA-Patentanmeldung beschriebene Weise je nach der erzeugten Polarität des Elektromagneten 23 abu/echselnd zwischen seinen Stellungen beu/egt.

In der Kassette 12 ist am einen Ende der Kammer 14 ein Einlaß 32 vorgesehen, während am anderen Ende der Kammer 14 ein Auslaß 34 v/orhanden ist. Einlaß und Auslaß 32 bzw. 34 legen Flüssigkeits-Strömungsbahnen 36 bzw. 38 fest, die quer zur Richtung der Strömung 40 in der Dosierkammer 14 und auch quer zur Membranwand 18 verlaufen.

Der E-Rahmen-Schalter 22 dient als Einrichtung zum abwechselnden Verkippen des Schwingelements 24 zwischen zwei Stellungen, in denen die Stößel 28 und 30 gegen die Membranwand 18 angedrückt und abwechselnd in Einlaß und Auslaß 32 bzw. 34 eingeführt werden. Hierdurch werden in an sich bekannter Weise Einlaß und Auslaß abwechselnd geöffnet und geschlossen, um dadurch die durchströmende Flüssigkeit entsprechend zu dosieren, wobei die Infusionsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von der Umschaltfrequenz bei der Schließbewegung der Stößel 28 und 30 zum Füllen und Entleeren der Dosierkammer 14 abhängt.

Erfindungsgemäß sind die Stößel 28 und 30 jeweils so ausgebildet, daß ihre Länge zwischen einer größten und einer kleinsten Länge variabel ist. Gemäß Fig. 3 weist jeder Stößel eine von der Blattfeder 26 getragene Hülse 50 auf. Die Hülse. 50 weist ein geschlossenes Ende 52 auf, das seinerseits mit einer Ringnut 54 versehen ist, in welche die Blattfeder 26

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-limit einem geschlitzten Abschnitt zur Halterung des betreffenden Stößels 28 bzw. 30 einzugreifen vermag.

Ein mit einem abgerundeten Vorderende 58 versehener Stößelkopf 56 ist so in das offene Ende der Hülse 50 eingesetzt, daß er (größtenteils) aus ihr herausragt. Die Hülse 50 ist ihrerseits mit einem eingezogenen Vorderende 58 verkleinerten Durchmessers versehen, das sich an eine rückseitige Verdickung bzw. einen Flansch 60 des Stößelkopfes anzulegen vermag, um diesen in der Hülse festzuhalten. Gleichzeitig kann sich der Stößelkopf 56 innerhalb der Hülse 50 in Axialrichtung vorwärts und rückwärts verschieben.

Eine innenseitige Ringstufe bzw. -schulter 62 der Hülse begrenzt die Verkürzung des Stößels auf eine vorbestimmte Länge, während durch das Zusammenwirken zwischen dem eingezogenen Vorderende 58 und dem Flansch 60 eine Verlängerung des Stößels über eine vorbestimmte Länge hinaus begrenzt wird.

Eine in der Bohrung der Hülse 50 angeordnete Feder 64 drängt den Stößelkopf 56 nach außen in die Stellung der größten Länge des Stößels.

Wenn somit der betreffende Stößel 28 oder 30 die Membranwand 18 in Abdichtberührung gegen den Einlaß 32 bzw. den Auslaß 34 andrückt, wird infolgedessen die auf die Membranwand ausgeübte Druckkraft normalerweise auf eine durch die Federführung 60 bestimmte Größe begrenzt. Vorzugsweise werden die Stößel 28 und 30 bei der Kippbewegung des Schwingelements und der Blattfeder 26 über eine Gesamtstrecke von etwa 0,5 bis 1,0 mm und bevorzugt von 0,7 bis 0,76 mm bewegt. Wenn sich ein Stößel in der.die Strömung blockierenden Stellung befindet (vgl. Stößel 30 in Fig. 2), wird der Stößel insbesondere um etwa 0,13 mm aus seiner größten Länge zusammengedrückt .

Erfindungsgemäß ist die Anfangsfederkraft der Feder 64

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speziell so gewählt, daß bei einer eine GröGe von 40 bis 100 g und typischerweise von 50 g übersteigenden Druckkraft eine Längen Verkürzung des betreffenden Stößels 28 oder 30 beginnt. Nach einer Verkürzung von praktisch 0,13 mm beträgt die Druckbzw. Federkraft der Feder 64 typischerweise 50 bis 70 g und typischerweise bevorzugt etwa 57 g. Nach einer Verkürzung um etwa 0,25 mm kann die für das weitere Zusammendrücken der Feder 64 erforderliche Druckkraft typischerweise etwa 64 g betragen.

Für die Erfindungszwecke hat sich eine Feder 64 mit einer Federkonstante von etwa 1,43 bis 1,44 kg pro 25,4 mm und insbesondere von etwa 1,437 kg pro 25,4 mm als zweckmäßig erwiesen .

Ein am einen Ende mit dem Einlaß 32 verbundener Einlaßschlauch 66 kann auf übliche Weise einen oberen Abschnitt einer Infusionsanlage zur Verabreichung von steriler parenteraler Lösung an einem Patienten darstellen. Insbesondere kann der Schlaurh 66 die in einen Lösungsbehälter einführbare Hohlnadel der Anlage enthalten.

Ein von der Unterseite der erfindungsgemäGen Vorrichtung abgehender biegsamer Schlauch 68 kann den restlichen Abschnitt einer herkömmlichen Infusionsanlage darstellen und üblicherweise mit einer Schlauchklemme, einer zusätzlichen Medikament-Injektionsstelle und einer Spritze mit einer intravenösen Nadel zur Herstellung einer Verbindung mit dem Venensystem eines Patienten versehen sein. Der Schlauch 68 ist dabei an den Auslaß 34 angeschlossen.

Bei der dargestellten Ausführungsform stellt die Kassette 12 einen Teil der Infusionsanlage dar, die typischerweise nur einmal benutzt wird, während das Gehäuse 10 mit dem E-Rahmen-Schalter 22 und den Stößeln 28 und 30 einen im allgemeinen wiederverwendbaren Abschnitt der Anlage bildet.

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Die erfindungsgemäQe Dosiervorrichtung besitzt also einen einfachen Aufbau und gewährleistet verbesserte Zuverlässigkeit im Langzeitbetrieb.

Obgleich vorstehend nur eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben ist, soll die Erfindung selbstverständlich alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs liegenden Änderungen und Abwandlungen mit einschließen.

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- /if.

Leerseite

Claims

Henkel, Kern, Feiler Cr Hänzel Patentanwälte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

Baxter Travenol Laboratories, Inc. Möhlstraße 37

D-8000 München 80

Deerfield, 111,, U.S.A.

Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

23. OKt. 1979

B-926

Patentansprüche

\ 1.)Regler für eine Flüssigkeits-Dosiervorrichtunq mit einer Öffnung oder Ausnehmung zur Aufnahme einer Kassette, die eine Flüssigkeits-Dosierkammer mit variablem Volumen und mit einer flexiblen Menibran\i/and, einen Einlaß am einen Ende der Dosierkammer und einen AuslaO an ihrem anderen Ende aufweist, wobei Einlaß und Auslaß quer zur Strömungorichtung durch die Dosierkammer verlaufende Flüssigkei ts-S1 römungswege festlegen und das Reglerelement zwei Stößel aufweist, und mit einer Einrichtung, welche die Stößel abwechselnd gegen die Membranwand andrückt und in Einlaß bzw. Auslaß einführt, um letztere abwechselnd zu öffnen und zu schließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (28, 30) mit Mitteln zur Ermöglichung einer Längenänderung jedes Stößels zwischen einer größten und einer kleinsten Länge und mit einer Feder (64) v/ersehen sind, welche den zugeordneten Stößel (28 oder 30) in die Stellung seiner größten Länge drängt, so daß die Andruckkraft der Stößel gegen die Membranwand (18) auf eine durch die betreffende Feder (64) bestimmte Größe begrenzt ist.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (28, 30) von einer Blattfeder (26) getragen u/erden, die in Richtung der Achse der Stößel auslenkbar ist.
3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stößel (28, 30) eine am einen Ende offene und am anderen Ende geschlossene Hülse (50) und einen in der Bohrung der Hülse angeordneten und in ihr v/erschiebaren Stößelkopf (56) aufweist, dessen vorderer Abschnitt aus der Bohrung der Hülse (50) herausragt, und daß zwischen den Stößelkopf und das geschlossene Ende der Hülse eine Feder (64) eingesetzt ist, welche den Stößelkopf relativ/ zur Hülse (50) nach außen drängt.
4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößelkopf (56) an seinem hinteren Ende eine Verdickung bzw. einen Flansch (60) aufweist und daß die Hülse (50) an ihrem offenen Ende mit einem zweiten, radial einwärts gezogenen Flansch (58) versehen ist, welcher durch Anlage an den ersten Flansch ein Austreten des Stößelkopfes aus der Hülse verhindert.
5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (64) in der Stellung der größten Länge des Stößels (28, 30) eine Vorbelastungs- bzw. Federkraft von 40 100 g ausübt.
6. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum abwechselnden Andrücken der Stößel (28, 30) gegen die Membranwand (18) die Stößel mit einer solchen Kraft anzupressen vermag, daß sich die Stößel unter Ausübung einer maximalen Kraft von 50-7Og gegen die Membranwand (18) um etwa 0,13 mm verkürzen.
7. Flüssigkeits-Dosiervorrichtung mit einer Flüssigkeits-Dosierkammer variablen Volumens, die eine flexible Membranwand, einen Einlaß am einen Ende der Dosierkammer und

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einen AuslaO an ihrem anderen Ende, vi/obei Einlaß und Auslaß quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in der Dosierkammer verlaufende Flüssigkeits-Strömungsbahnen festlegen, zwei Stößel und eine Einrichtung zum abwechselnden Andrücken der Stößel gegen die Membranwand und zum abwechselnden Einführen der Stößel in Einlaß bzw. Auslaß, um letztere abwechselnd zu öffnen und zu schließen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (28, 30) mit Mitteln zur Ermöglichung einer Längenänderung jedes Stößels zwischen einer größten und einer kleinsten Länge und mit einer Feder (64) v/ersehen sind, welche den zugeordneten Stößel (20 oder 30) in die Stellung seiner größten Länge drängt, so daß die Andruckkraft der Stößel gegen die Membranwand (18) auf eine durch die betreffende Feder (64) bestimmte Größe begrenzt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (28, 30) von einer Blattfeder (26) getragen werden, die in Richtung der Achse der Stößel auslenkbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stößel (28, 30) eine am einen Ende offene und am anderen Ende geschlossene Hülse (50) und einen in der Bohrung der Hülse angeordneten und in ihr verschiebbaren Stößelkopf (56) aufweist, dessen vorderer Abschnitt aus der Bohrung der Hülse (50) herausragt, und daß zwischen den Stößelkopf und das geschlossene Ende der Hülse eine Feder (64) eingesetzt ist, welche den Stößelkopf relativ zur Hülse (50) nach außen drängt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß der Stößelkopf (56) an seinem hinteren Ende eine V/erdickung bzw. einen Flansch (60) aufweist und daß die Hülse (50) an ihrem offenen Ende mit einem zweiten, radial einwärts gezogenen Flansch (58) versehen ist, welcher durch Anlage an den ersten Flansch ein Austreten des Stößelkopfes aus

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-ti de τ Hülse verhindert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daG die Feder (64) in der Stellung der gröGten Länge des Stößels (20, 30) eine Vorbelastungs- bzu/. Federkraft von 40 - 100 g ausübt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum abwechselnden Andrücken der Stößel (20, 30) gegen die Membranu/and (18) die Stößel mit einer aolchen Kraft anzupressen vermag, daß sich die Stößel unter Ausübung einer maximalen Kraft von 50-7Og gegen die Membranu/and (18) um etu/a 0,13 mm verkürzen.

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