DE3733452A1 - Einrichtung zum verschieben eines kolbens in einer kammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verschieben eines Kolbens in einer Kammer, z. B. eines Kolbens in einer Spritze, welche dazu verwendet wird, Heparin oder andere Medikamente sehr langsam in eine von Blut durchströmte Leitung einer medizinischen Einrich­ tung zu pumpen.

Spritzen werden oft dazu verwendet, Heparin oder andere Medikamente mit sehr niedrigem Durchsatz, z. B. 0,5 bis 6 ml pro Stunde, in eine von Blut durch­ strömte Leitung zu pumpen, wobei der Kolben durch einen Schrittmotor angetrieben wird. Wenn bei demselben Modell der Maschine Spritzen mit verschiedenen Abmessun­ gen verwendet werden sollen, ist es schwierig, die Position des den Kolben antreibenden Mechanismus mit dem Ende des Verschiebungsweges des Kolbens in Übereinstimmung zu bringen, was erwünscht ist, um genau zu bestimmen, wann die Spritze entleert ist und den antreibenden Schrittmotor auszuschalten. Bei einigen bekannten Heparinpumpen werden Kupplungen verwendet, die durchrutschen, wenn der Kolben das Ende seines Weges erreicht hat, um eine Beschädigung von Maschinenteilen zu verhindern.

Gemäß der Erfindung kann das Ende des Weges eines Kolbens in einer Kammer auf vorteilhafte Weise dadurch festgestellt werden, daß der Kolben unter Verwendung eines Motors angetrieben wird, der gegenüber dem Antriebselement des Motors auf einem Träger drehbar montiert ist und ein Motorgehäuse aufweist, das bezüglich des Trägers drehbar ist, wenn das Drehmoment des Antriebselements einen vorgegebenen Wert überschreitet. Durch einen Detektor oder Geber für die Drehung des Gehäuses wird festgestellt, wenn sich das Gehäuse bezüglich des Trägers dreht, was einen durch das Ende seiner Bewegung in der Kammer bedingten Widerstand gegen die Bewegung des Kolbens angezeigt wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weisen eines oder mehrere der folgenden Merkmale oder alle diese Merkmale auf:
Das Antriebselement des Motors ist eine mit einem Gewinde versehene Welle oder Spindel und der Kolben wird durch ein Element angetrieben, das ein mit der Gewindespindel zusammenpassendes Innengewinde aufweist; das Innengewinde wird durch mehrere trennbare Segmente gebildet, die radial verschiebbar sind, so daß ein Eingriff mit der Gewindespindel herstellbar und lösbar ist, wodurch das Antriebselement für den Kolben ohne Drehung des Antriebselements axial verschiebbar ist, um das Antriebselement für den Kolben zurückzusetzen,; es gibt einen Entriegelungsknopf, der funktionswirksam mit den trennbaren Segmenten verbunden ist, um diese zur Aufhebung des Eingriffs mit der Gewindespindel zu trennen;
die Segmente sind durch gegenüberstehende Nocken­ flächen getrennt, welche in Bezug auf die Achse der mit dem Gewinde versehenen Antriebsspindel ("Antriebs­ achse") schräggestellt sind, und es ist eine entlang der Antriebsspindel verschiebbar angebrachte Betätigungs­ vorrichtung vorgesehen sowie zwischen den gegenüberste­ henden Nockenflächen angeordnete Trennstifte, wobei die Betätigungsvorrichtung mit dem Knopf funktionswirk­ sam verbunden ist;
eine Torsionsfeder, deren Windungen um die Antriebs­ achse verlaufen und deren eines Ende mit dem Gehäuse und deren anderes Ende mit dem Träger verbunden ist, dient zur Begrenzung bzw. Behinderung der Drehung des Gehäuses bezüglich des Trägers.
das Gehäuse trägt einen Nocken mit einer Oberfläche, die bezüglich seines bogenförmigen Weges um die Antriebs­ achse geneigt ist, und der Detektor für die Drehung des Gehäuses enthält einen elektrischen Schalter mit einem Betätigungselement, das bei einer Relativdre­ hung der beiden Teile durch den Nocken verschoben wird;
der Kolben ist mit einer Kolbenstange oder einem Stempel verbunden und in einer Spritze angeordnet, und es ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Spritze an der Vorderseite einer Frontplatte lösbar anzubringen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Seitenansicht einer erfin­ dungsgemäßen Spritzenpumpe;

Fig. 2 einen schematisierten Vertikalschnitt entlang der Linie 2-2 der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, die einen Teil des in Fig. 1 gezeigten Kolbenantriebsmechanismus darstellt;

Fig. 4 und 5 vergrößerte vertikale Teilschnitte, welche die Gewindeverbindung zwischen der Antriebsspindel und einem Kolbenantriebselement in einer verriegelten und einer entriegelten Stellung zeigen;

Fig. 6 eine, teilweise weggebrochene Teilansicht der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Teile der Antriebsspindel und des dazu passenden Kolbenantriebselements; und

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Verriegelungselement des in Fig. 3 gezeigten Kolbenantriebsmecha­ nismus.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Heparinpumpe (10) dargestellt, die eine auf der Vorderseite einer Front­ platte (14) einer Dialyseeinrichtung angebrachte Spritze (12) enthält. Die Spritze (12) enthält einen im oberen Ende einer Kammer (17) befindlichen Kolben (16), der mit einer Kolbenstange einem Stempel (18) verbunden ist. Das Basis linsenförmige Ende (20) des Stempels (18) ist zwischen Backen (22) eingeklemmt, die geöffnet werden können und an der oberen Seite eines Betätigungsselements (24) für den Stempel, der das durch einen Schrittmotor (26) hinter der Frontplatte (14) angetrieben wird, angeordnet. Der Körper (28) der Spritze (12) wird durch Klemmarme (30) gehalten, die flügelartigen Fingeranlageansätze (32) der Spritze (12) ruhen zwischen horizontalen Armen (34) und darunter befindlichen horizontalen federnden Klips (36).

Das Betätigungselement (24) für den Stempel ist durch einen horizontalen Arm (38) mit einem Kolbenantriebs­ element (40) starr verbunden, welches längs eines Führungsschafts (42) axial verschiebbar angebracht ist und längs einer mit dem Schrittmotor (26) verbunde­ nen, mit einem Gewinde versehenen Antriebswelle oder -spindel (44) über ein Innengewinde auf innen liegenden Teilen angetrieben wird. Der horizontale Arm (38) reicht durch einen Schlitz (39) der Frontplatte (14).

Das Betätigungselement (24) für den Stempel (18) enthält einen Entriegelungsknopf (54), der durch eine L-förmige Stange (56) mit einer um eine Drehachse (60) am Antriebselement (40) schwenkbar angebrachten dreieckigen Platte (58) verbunden ist. Ein durch die Platte (58) verlaufender Stift (62) ist in einem Schlitz (64) verschiebbar angeordnet, um die Gewinde­ gänge des Kolbenantriebselements (40) von dem Gewinde­ schaft (44) mittels des in den Fig. 3 bis 7 darge­ stellten Mechanismus zu lösen, wenn der Knopf (54) gedrückt wird.

Das obere Ende der Antriebsspindel (44) ist in einem Lager (50) in einer Platte (46) drehbar gelagert und durch einen Sprengring (52) gehalten. Das untere Ende der Antriebsspindel (44) ist mit einer Verlängerung (66) des Schrittmotorantriebs verbunden, welche in einem Lager (68) in einer horizontalen Platte (48) drehbar gelagert ist. An den horizontalen Platten (46) und (48) ist eine Führungsstange (48) angebracht und durch Sprengringe (52) gehalten.

Der Drehung des Gehäuses wirkt eine Torsionsfeder (70) entgegen, deren eines Ende an der Platte (48) und deren anderes Ende am Gehäuse (72) des Motors (26) angebracht ist. Das Gehäuse (72) trägt einen Nocken (74). Im bogenförmigen Schwenkweg des Nockens (72) liegt ein Betätigungselement (76) eines Schalters (78), der zur Feststellung einer Drehung des Gehäuses (72) dient. Obwohl die Frontplatte (14), die horizontale Platte (46) und die horizontale Platte (48) schematisch als einstückiges Trageteil dargestellt sind, sind sie tatsächlich aus getrennten Teilen hergestellt, die aneinander befestigt sind, wie es auch für die anderen in den Zeichnungen gezeigten Bauteile gilt.

In den Fig. 3 bis 7 ist der ausklinkbare Gewindever­ bindungsmechanismus des Kolbenantriebselements (40) gezeigt. Dieser Mechanismus enthält ein zylinderförmiges Gehäuse (80) mit einem zylindrischen Durchgang (82), in dem eine vertikal etwas verschiebbare Betätigungsein­ richtung (84) angeordnet ist. Die Betätigungseinrichtung (84) hat einen inneren zylindrischen Durchgang (86), in der sich ein Acetatkunststoff hergestelltes Verriege­ lungselement (88), mit Gewindegängen (90) zum lösbaren Eingriff in die Gewindegänge der Gewindespindel (44) befindet. Das Verriegelungselement (88) enthält einen unteren Flansch (92), eine darüber liegende zylindrische Basis (94) und darüber vier segmentierte Verlängerungen (96), in deren oberen Enden sich die Gewindegänge (90) befinden. Zwischen den Segmenten (96) befinden sich Schlitze (98), die oberhalb der Basis (94) bei vergrößerten kreisförmigen Öffnungen (100) beginnen, um die Trennbarkeit der Segmente zu verbessern und sich zu länglich geformten Öffnungen (102) verbreitern, welche die Enden von radial verlaufenden Stiften (104) aufnehmen, die in vier kreuzweise verlaufenden (Kreuzkopf-) Elementen (106) an der Oberseite der Betätigungseinrichtung (84) geführt werden. Die Betäti­ gungseinrichtung (84) weist weiter ein einzelnes quer verlaufendes Element (108) auf, das im Schlitz (64) verläuft und einen Stift (62) enthält. Unterhalb der Betätigungseinrichtung (84) befindet sich eine Druckfeder (101), welche die Betätigungseinrichtung (84) nach oben drückt.

Zum Betrieb wird die Spritze (12) an der Vorderseite der Dialyseeinrichtung angebracht, indem der Körper (28) zwischen die Klemmarme (30) eingeklemmt wird, die Flügel (32) zwischen den Armen (34) und den Klips (36) gehalten werden und das Ende (20) des Stempels (18) zwischen den Backen (22) auf der Oberseite des Betätigungselements (24) für den Stempel eingeklemmt wird. Da die Spritze (12) anfangs mit Heparin gefüllt ist, reicht der Stempel (18) aus dem Boden des Körpers (28) weiter als es in Fig. 1 gezeigt ist heraus, das Betätigungselement (24) für den Stempel muß dement­ sprechend zuerst in eine tiefere Position bewegt werden, indem der Knopf (54) niedergedrückt wird, um das Innengewinde (90) von der Gewindespindel (44) zu lösen (vgl. Fig. 5).

Das Niederdrücken des Knopfes (54) bewirkt, daß die Stange (56) horizontal verschoben wird und damit die Platte (58) schwenkt, wodurch der Stift (62), die Betätigungseinrichtung (84) und die in der Betäti­ gungseinrichtung (84) geführten vier Stifte (104) nach unten gedrückt werden. Wenn sich die vier Stifte (104) in den länglichen Öffnungen (102) nach unten bewegen, werden die Segmente (96) aus der in Fig. 4 dargestellten Position, bei der die Gewinde in gegenseitigem Eingriff stehen, in die in Fig. 5 darge­ stellte Position getrennt, bei der die Gewinde vonein­ ander gelöst sind. Wenn sich das obere Ende der Betäti­ gungseinrichtung (84) sich nach unten bewegt, bewegt sie sich aus der in Fig. 4 gezeigten Position, bei der sie die Trennung der segmentierten Verlängerungen (96) verhindert, in die in Fig. 5 gezeigte Position, bei der sie sich bei schmäleren Teilen der segmentierten Verlängerungen (96) befindet, so daß diese sich trennen oder spreizen können. Durch die Lösung des gegenseitigen Eingriffs der Gewinde ist es möglich das Kolbenantriebs­ element (40) ohne Drehung längs der Antriebsspindel (44) zu bewegen. Wenn sich das Eingriffselement (24) für den Stempel nun in der richtigen Stellung befindet, wird das untere Ende (20) des Stempels (18) in die einander gegenüberstehenden Backen (22) eingesetzt und durch die Drehung der Antriebsspindel (44) die durch die Gewindegänge (90) in eine axiale Bewegung des Kolbenantriebselements (40) umgesetzt wird, wird das Heparin langsam aus der Spritze (12) gedrückt. Wenn der Kolben (16) in der Kammer (17) das Ende seines Hubes erreicht, wird seine weitere axiale Verschiebung verhindert, wodurch das Drehmoment zwischen der Antriebsspindel (44) und dem Motorgehäuse (72) vergrößert wird. Wenn sich das Drehmoment erhöht, wird das Motorgehäuse (72) geschwenkt, wobei das Gegenmoment der Feder 70 in gleicher Weise ansteigt und das Betätigungselement (76) wird ausgelöst, wenn es vom Nocken (74) erreicht wird. Dadurch wird der Schrittmotor ausgeschaltet, um eine Beschädigung der Einrichtung zu verhindern, und es wird dadurch ein Anzeigesignal für die Bedienungskraft erzeugt, welches anzeigt, daß die Heparinspritze leer ist wegen der drehbaren Anbringung des Motors (26) über seine Antriebsverlängerung (66) und die Drehmomentab­ tastung durch die Torsionsfeder (70) und den Schalter (78) kann die Heparinpumpe (10) mit verschieden großen Spritzen (12) verwendet werden, bei denen sich die Enden des Verschiebungsweges des Kolbens an verschiedenen Stellen befinden.

Claims (11)

1. Einrichtung zum Verschieben eines Kolbens in einer Kammer, gekennzeichnet durch
einen Träger (46, 48),
einen Motor (26) mit einem Gehäuse (72) und einem Antriebselement (66, 44), welches sich gegenüber dem Gehäuse (72) um eine Drehachse dreht und bezüglich des Trägers (46, 48) drehbar angeordnet ist,
eine einem Drehmoment entgegenwirkende Einrichtung (70) zwischen dem Motorgehäuse (72) und dem Träger (48), welche die Relativdrehung zwischen den beiden behindert, solange das Drehmoment zwischen beiden einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet,
ein Kolbenantriebselement (40) mit einem angetriebe­ nen Teil (88), welches über ein Gewinde mit dem Antriebs­ element (44) gekoppelt ist, und mit einem verschiebbaren Teil (80), das durch die Relativdrehung zwischen dem Antriebselement (44) und dem angetriebenen Teil (88) axial verschoben wird, und
einen Drehfühler (74, 76), welcher eine Drehung des Gehäuses (72) gegenüber dem Träger (48) wahrnimmt und dadurch einen Widerstand gegen die axiale Bewegung des Kolbenantriebselements (40) anzeigt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (66, 44) eine mit einem Gewinde versehene Spindel (44) enthält und daß das angetriebene Teil (88) Gänge (90) eines Innengewindes aufweist, welche mit der Gewindespindel (44) zusammenwirken.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gänge (90) des Innengewindes auf mehreren trennbaren Segmenten (96) angeordnet sind, welche radial verlagert werden können, um den Eingriff mit der Gewindespindel (44) zu bewirken und aufzuheben, so daß das Kolbenantriebselement (40) ohne Drehung des Antriebselements (66, 44) axial verschiebbar ist, um die Position des Kolbenantriebselements (40) zu verstellen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Entriegelungsknopf (54), der funktionswirksam mit den trennbaren Segmenten (96) verbunden ist, um diese für das Aufheben des Zusammenwirkens mit der Gewindespindel (44) zu trennen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (96) Nockenflächen aufweisen, welche gegenüber der Antriebsachse geneigt sind, und daß eine Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, welche die Segmente umgibt und längs der Antriebsachse ver­ schiebbar ist, sowie Trennelemente (101-104) aufweist, die so angeordnet sind, daß sie bei einer Verschiebung längs der Achse gegen die Nockenflächen drücken, wobei die Betätigungseinrichtung zur axialen Verschiebung und zum Trennen der Segmente bei gedrücktem Knopf (54) mit dem Knopf funktionswirksam verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenflächen durch einander gegenüberliegende Flächen (102) auf benachbarten Segmenten (96) gebildet sind, und daß die Trennelemente von der Betätigungsein­ richtung (84) getragene Stifte (101) sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende der Betätigungseinrichtung (84) eine Trennung der Segmente (96) verhindert, wenn der Knopf (54) nicht gedrückt ist, und sich in eine Position bewegt, welche die Trennung der Segmente (96) nicht behindert, wenn der Knopf (54) gedrückt ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einem Drehmoment entgegenwirkende Einrichtung eine Torsionsfeder (70) enthält, deren Windungen um die Drehachse (44) umgeben, und die mit einem Ende am Gehäuse (72) und mit dem anderen Ende am Träger (48) befestigt ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (72) einen Nocken (74) trägt, dessen Oberfläche gegenüber des Schwenkweges um die Drehachse (44) geneigt ist, und daß der Fühler für die Drehung des Gehäuses einen elektrischen Schalter (78) mit einem Betätigungselement (76) enthält, das im Schwenkweg angeordnet ist, so daß es durch die Oberfläche des Nockens (74) während der Schwenkbewegung der Nockenfläche relativ zum Betätigungselement (66) verschoben wird.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Frontplatte (14) enthält; daß der Kolben (16) mit einer Kolbenstange (18) verbunden und in einem Körper (28) einer Spritze angeordnet ist; daß die Einrichtung einen Mechanis­ mus (30, 34, 36) enthält, durch den der Körper (28) an der Frontplatte lösbar befestigbar ist; und daß das Kolbenantriebselement (40) ein Betätigungselement (24) für die Kolbenstange enthält, welches vor der Frontplatte (14) lösbar an der Kolbenstange (18) angreift.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, gekennzeichnet durch eine Führungsstange (42), die auf dem Träger (46, 48) parallel zur Antriebsachse (44) angeordnet ist und auf der das Kolbenantriebs­ element (40) verschiebbar angeordnet ist.