DE4013403C2

DE4013403C2 - Vorrichtung zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in flexiblen Leitungen

Info

Publication number: DE4013403C2
Application number: DE4013403A
Authority: DE
Original assignee: INFUREX AG CHAM
Current assignee: MAN PROJEKT- UND VERWALTUNGSGESELLSCHAFT MBH, 8080
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1990-04-26
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2010-04-27
Also published as: DE4013403A1; WO1991016609A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in flexiblen, schlauch- oder kissen förmigen Leitungen oder Containern der Medizin-Technik, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung zur Erkennung der Innendruckver hältnisse in flexiblen Leitungen ist aus der US-A-33 76 750 bekannt. Diese Vorrichtung ist jedoch zunächst insofern nachteilig, als ihr Aufbau relativ aufwendig ist. Ferner können sich Verfälschungen der Innendruckmeßergebnisse durch die Verformung der Leitung ergeben, die bei der bekannten Vorrichtung durch das Einklemmen der Leitung zwischen zwei Platten hervorgerufen wird.

Eine weitere Vorrichtung zur Erkennung der Innendruckver hältnisse in flexiblen Leitungen ist aus der nicht vorver öffentlichten DE 38 38 689 C1 bekannt, bei welcher die Fluidleitung im Infusionsbetrieb mit einem Fluid gefüllt wird, dessen Strömungsdruck zu überwachen ist. Die Fluid leitung wird radial um einen bestimmten Betrag durch Zusam mendrücken verformt und dabei gegen ein elastisches Element unter Vorspannung desselben festgelegt. Die sich durch den Strömungsdruck ergebende radiale Ausdehnung der Fluidleitung wird überwacht und beim Fördern des Fluides wird die Aus lenkung des elastischen Elements in Abhängigkeit von der Rückstellung der Fluidleitung in ihre Ausgangsform gemessen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in flexiblen Lei tungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die bei Aufrechterhaltung einer hohen Meßempfindlichkeit durch Verformung der zu untersuchenden Leitung die Vermeidung von Verfälschungen der Innendruckmeßergebnisse ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es einerseits möglich, eine hohe Meßempfindlichkeit aufrecht zu erhalten, andererseits jedoch die Restelastizität der verformten Lei tungen zu berücksichtigen, da das Vorsehen der Erkennungs einrichtung die Restelastizität abfängt. Es ergibt sich hierfür die Möglichkeit, nach einer kurzen Anfangsphase die geometrische Funktion, nach der die elastische Verformung in eine plastische übergeht, zu ermitteln. Hierzu wird die Rückstellkraft der verformten gekrümmten Randbereiche in der Übergangszeit zwischen der elastischen und plastischen Ver formung ermittelt. Dies ermöglicht die Ermittlung von Kenn linien, die einen Basisdruck wiedergeben, auf dessen Grund lage die Messung der Innendruckverhältnisse erfolgt. Es ergibt sich mit anderen Worten die Möglichkeit, eine Verfäl schung der Innendruckmeßergebnisse durch die Verformung der Leitung zu verhindern.

Aus der GB 20 07 844 A ist zwar eine Vorrichtung zur Überwa chung der dynamischen Veränderungen des Durchmessers einer Kraftstoffeinspritzleitung bekannt, die in einem aus zwei Teilen bestehenden Gehäuse angeordnet ist, jedoch verdeut lichen die Fig. 1 und 2 dieser Druckschrift, daß oberhalb der Leitung eine dünne Harzschicht angeordnet ist, über die die Leitung mit einer Brücke verbunden ist, auf der wiederum ein Spannungserfassungselement angeordnet ist. Aus dieser Druckschrift ergibt sich somit eindeutig, daß mit dieser Vorrichtung die Innendruckverhältnisse in flexiblen Leitun gen nicht erkannt werden können. Denn es handelt sich bei der bekannten Vorrichtung lediglich um eine Anordnung, die Verformungen, wie beispielsweise Längenänderungen oder Span nungsverformungen der Leitung ermitteln kann. Die Beschrei bung der genannten Druckschrift ergibt im übrigen, daß mit der dort beschriebenen Vorrichtung zum einen die Innendruck verhältnisse gar nichts ermittelt werden sollen und dies zum anderen auch nicht möglich ist, da die bekannte Vorrichtung auf den speziellen Fall von Kraftstoffleitungen bei Diesel motoren ausgelegt ist. Diese sind üblicherweise nicht flexi bel, so daß sich beispielsweise nur in geringem Rahmen lie gende Innendruckänderungen überhaupt nicht auf die Form der Leitungen auswirken, die mit der beschriebenen Anordnung er faßt wird.

Aus der US 3-418 853 ist es zwar an sich bekannt, die Ver wendung eines Stößels mit konvexem Anlageteil zur Bewegungs übertragung zu verwenden, jedoch enthält diese Druckschrift darüberhinaus keine weiteren Hinweise auf die erfindungsge mäße Lehre.

Aus der GB 20 72 349 sowie aus der Veröffentlichung M. Birk le, Meßnetze für Umwelt- und Anlagenüberwachung, tm 53. Jahrgang H. 7/8, 1986, Seite 260 bis 265 ist es zwar an sich ferner bekannt, Speicher- und Vergleichsvorrichtungen unter anderem zur Bewertung der Sensorausgangssignale zu verwen den, jedoch enthalten diese Entgegenhaltungen lediglich all gemeine Kenntnisse bezüglich der speziellen Problematik von Meßnetzen bzw. die Konditionierung von Meßsignalen, so daß auch diese Druckschriften keinerlei Hinweise auf die erfin dungsgemäße Lehre geben können.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, deren bewegliche Platte vorzugsweise so leicht ist und so leicht gängig geführt wird, daß das Gewicht der beweglichen Platte und die Reibungsverluste bei der Führung praktisch vernachlässigbar sind.

An der der Leitung abgewandten Seite der Platte ist vorzugs weise ein Stößel angebracht, der mit einer konvexen Auflage spitze versehen sein kann, deren Krümmungsradius je nach An wendungsfall anpaßbar ist. Der Stößel wirkt hierbei auf die Membran eines genügend empfindlichen Drucksensors ein. Durch die Transformation des Flächendruckes, der an der Kontakt stelle zwischen der Leitung, die sich bei Zunahme des Innen druckes nach außen wölbt, und der beweglichen Platte sowie der Punktauflage des konvexen Stößels der Membran des Druck sensors gegenüber entsteht, wird unter Berücksichtigung der Verhältnisse, insbesondere der Leitungscharakteristiken, ausreichend Kraft geschaffen, um den Drucksensor zu betäti gen.

Die zuvor angesprochene Krümmung der Stößelspitze kann hier bei zur Kennlinienbeeinflussung der Drucksensorauflösung herangezogen werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematisch stark vereinfachte Schnittdarstel lung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise ei ner Erkennungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in flexiblen Leitungen in stark vereinfachter Darstellung ge zeigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist insbesondere zur Erkennung der Innendruckverhältnisse bei schlauch- oder kissenförmigen flexiblen Leitungen bzw. Containern der Medi zin-Technik geeignet, da sie eine sehr hohe Empfindlichkeit hat, die vor allem für medizinische Zwecke erforderlich ist.

Die Vorrichtung 1 weist einen Drucksensor 2 auf, der in üb licher Art und Weise ausgebildet sein kann und eine Druck aufnahmefläche 3 umfaßt.

Ferner weist die Vorrichtung 1 eine Übertragungseinrichtung 4 auf, die eine Leitung 5, deren Innendruckverhältnisse zu erfassen sind, wirkungsmäßig mit dem Drucksensor 2 koppelt.

Die Übertragungseinrichtung 4 der erfindungsgemäßen Vorrich tung 1 umfaßt eine unbewegliche bzw. stationäre Platte 6, die beispielsweise der Teil eines auf- und abklappbaren Dek kels eines nicht näher dargestellten Gehäuses der Vorrich tung 1 sein kann. Ferner weist die Übertragungseinrichtung 4 eine bewegliche Platte 7 auf, die im nicht näher dargestell ten Gehäuse reibungsarm geführt und möglichst leicht ausge bildet ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die bewegliche Platte 7 an ihrer der Leitung bzw. dem Container 5 abgewand ten Seite mit einem Stößel 8 verbunden. Der Stößel 8 weist vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt auf und ist an seinem freien Ende mit einem konvexen Anlageteil bzw. Kopf 9 ver bunden. Der gekrümmte Stirnflächenbereich 10 kann in seiner Konvexität variieren. Er wird in jedem Falle so ausgebildet, daß es zu einer Punktauflage des Anlageteiles 9 auf der Flä che 3 des Drucksensors 2 kommt.

Zur möglichst reibungsarmen Führung der beweglichen Platte 7 ist diese bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform über ihren Stößel 8 in einer Gleitführung bzw. Gleitlagerung 11 geführt, die ebenfalls Teil des Gehäuses sein kann.

Fig. 1 zeigt, daß die Leitung 5 zwischen den Platten 6 und 7 eingespannt ist. Hieraus resultiert eine Vorspannung der Leitung 5 der Art, daß zwei im wesentlichen parallel zuein ander angeordnete Wandabschnitte 12 und 13 gebildet werden. Diese Art der Vorspannung vergrößert die Angriffsfläche für den Innendruck der Leitung 5, so daß sich eine Drucktrans formation auf den Sensor 2 ergibt, da der Stößel bzw. dessen Anlageteil 9 eine zumindest im wesentlichen punktförmige Auflage auf dem Drucksensor 2 schaffen.

Ferner verdeutlicht die Darstellung der Fig. 1, daß bei Er höhung des Innendruckes der Leitung 5 die bewegliche Platte 7 in einer Richtung bewegt wird, die senkrecht zu den Wandabschnitten 12 und 13 steht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann ferner mit einer in Fig. 1 nicht näher dargestellten Absperreinrichtung versehen sein, die im Bedarfsfalle die Leitung 5 vollständig blok kiert. Vorzugsweise kann die Absperreinrichtung 5 mit dem Drucksensor 2 bzw. einer dessen Signale auswertenden Auswer teeinheit und Steuereinrichtung verbunden sein, so daß sie von dieser Steuereinrichtung im Bedarfsfalle betätigt bzw. gelöst wird. Die Absperreinrichtung kann beispielsweise im Bereich der Medizin-Technik aus Sicherheitsgründen erforder lich sein, falls es beim Auftreten gewisser Druckverhält nisse beispielsweise erforderlich ist, die Leitung 5 abzu sperren, weil diese eine Infusionsleitung o. ä. darstellt.

Um die Verformung der Leitung bzw. des Containers 5 bei der Innendruckbestimmung zu berücksichtigen, ist die erfindungs gemäße Vorrichtung 1 ferner mit einer nicht näher darge stellten Erkennungseinrichtung versehen, deren Funktion sich jedoch aus der Darstellung der Fig. 2 ergibt. In Fig. 2 sind beispielhaft drei Basisdruck-Kennlinien B₁, B₂ und B₃ dar gestellt. Diese Basisdruck-Kennlinien 1 symbolisieren unter schiedliche Leitungstypen, deren Charakteristiken vor allem von den verwendeten Materialien und den Abmessungen abhän gen. Die Basisdruck-Kennlinien B₁ bis B₃ werden von der Er kennungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 durch Bestimmung eines Anfangsgradienten G_A ermittelt. Diese Ermittlung kann beispielsweise durch ein mathematisches Mo dell erfolgen, auf dessen Basis die Erkennungseinrichtung nach der Bestimmung des Anfangsgradienten G_A den Kennlinien verlauf bestimmen kann. Da somit die Ausdehnungscharakte ristiken sowie die Restelastizität der verformten Leitungen bestimmbar ist, kann die Innendruckmessung ohne Beeinflus sung durch die Verformung vorgenommen werden. In Fig. 2 sind beispielhaft zur Verdeutlichung der Innendruckmessung einige Druckstöße dargestellt, die als Auslenkungen auf den Basis druck-Kennlinien B₁ bis B₃ verdeutlicht sind.

Grundsätzlich sind bei dieser Basisdruck-Erkennung zwei Mög lichkeiten gegeben. Im einen Falle kann die Erkennungsein richtung mit einem Speicher versehen sein, der mit experi mentell ermittelten Kennlinien einer Vielzahl von unter schiedlichen Leitungen, Schläuchen oder Containern geladen ist, so daß durch einen Vergleich zwischen aufgenommener geometrischer Funktion und gespeicherter Kennlinie ermittelt werden kann, um welchen Schlauchtyp es sich handelt.

Claims

1. Vorrichtung (1) zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in flexiblen schlauch- oder kissenförmigen Leitungen oder Containern der Medizin-Technik,

- mit zumindest einem Drucksensor (2); und
- mit zumindest einer Übertragungseinrichtung (4) zur wirkungsmäßigen Kopplung der Leitung (5) und des Drucksensors (2), wobei die Übertragungseinrichtung (4) eine unbewegliche und eine bewegliche Platte (6 bzw. 7) aufweist, zwischen denen die Leitung (5) un ter Vorspannung angeordnet ist, wobei die bewegliche Platte (7) die Kopplung mit dem Drucksensor (2) bewirkt,
dadurch gekennzeichnet,
- daß eine Erkennungseinrichtung vorgesehen ist, die den Leitungstyp durch Ermittlung der Rückstellkraft in der Übergangszeit vom elastischen Zustand in den plastischen Zustand bestimmt,
- daß zur Erkennung eine Vergleichereinrichtung zum Vergleich zwischen dem ermittelten Druckverlauf und zuvor in einer Speichereinrichtung eingegebenen ex perimentell bestimmten Basisdruckverläufen (B₁ bis B₃) unterschiedlicher Leitungstypen vorgesehen ist, und
- daß die Erkennung des jeweiligen Basisdruckverlaufes (B₁ bis B₃) durch Bestimmung eines Anfangsdruckgra dienten (G_A) pro Zeiteinheit erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (5) in vorgespanntem Zustand zwei im wesent lichen parallel liegende Wandabschnitte (12, 13) auf weist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung der beweglichen Platte (7) in einer Rich tung senkrecht zum Wandabschnitt (13), an dem die beweg liche Platte (7) anliegt, erfolgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge kennzeichnet, daß die bewegliche Platte (7) mit einem Stößel (8) versehen ist, der auf der der Leitung (5) ab gewandten Plattenseite der beweglichen Platte (7) ange ordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (8) an seinem freien Ende ein konvexes Anla geteil (9) aufweist, das am Drucksensor (2) anliegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß der Stößel (8) reibungsarm geführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge kennzeichnet, daß die bewegliche Platte (7) und der Stö ßel (8) ein niedriges Gewicht im Vergleich zu den auf tretenden Auslenkungskräften haben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge kennzeichnet, daß die feste Platte (6) Teil eines auf- und zuschließbaren Gehäusedeckels ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch ge kennzeichnet, daß zur möglichst reibungsarmen Führung der beweglichen Platte (7) der Stößel (8) in einer Lage rung (11) geführt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, gekennzeich net durch eine Absperreinrichtung, die die Leitung (5) im Bedarfsfall in Abhängigkeit vom gemessenen Druck sperrt.