DE4105972A1 - Narkosemitteldosiervorrichtung - Google Patents
NarkosemitteldosiervorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine
Narkosemitteldosiervorrichtung mit einer temperierten
Narkosemitteldampfquelle, von welcher aus mit einem
von einer Steuereinheit ansteuerbaren Dosierventil
über eine Förderleitung Narkosemitteldampf in einen
Trägergasstrom dosiert wird.
Eine Narkosemitteldosiervorrichtung der genannten Art
ist aus der EP-A2-2 31 513 bekanntgeworden. Die
bekannte Narkosemitteldosiervorrichtung besteht aus
einem Vorratsbehälter, aus dem mittels eines
Förderdruckes flüssiges Narkosemittel in eine beheizte
Verdampfungskammer als Narkosemitteldampfquelle
gedrückt wird. Der unter Druck stehende
Narkosemitteldampf wird über ein getaktetes
Dosierventil in einen Trägergasstrom, beispielsweise
ein Sauerstoff-Lachgas-Gemisch dosiert und zu einem
Narkosegerät geleitet. Entsprechend dem Druck in der
Verdampfungskammer, dem Öffnungsgrad des Dosierventils
und dem Volumenstrom des Trägergases pro Zeiteinheit,
stellt sich ein entsprechender
Narkosemittel-Konzentrationswert im Trägergasstrom ein.
Nachteilig bei der bekannten
Narkosemitteldosiervorrichtung ist, daß bei nicht
ausreichender Erwärmung der Verdampfungskammer - z. B.
bei Ausfall der Heizung - flüssiges Narkosemittel in
den Trägergasstrom gelangen kann, und dort einen
erheblichen Konzentrationsanstieg zur Folge hat.
Auch ein Versagen des Dosierventils würde dazu führen,
daß der in der Verdampfungskammer befindliche
Narkosemitteldampf schlagartig in den Trägergasstrom
gelangt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der
Förderdruck im Vorratsbehälter bei niedrig siedenden
Narkosemitteln nur schwer auf einen stabilen Wert
einstellbar ist, wodurch das pro Zeiteinheit in die
Verdampfungskammer strömende Volumen an flüssigem
Narkosemittel Schwankungen unterworfen ist, da
zusätzlich zum Förderdruck der Dampfdruck wirkt.
Eine aus der DE-C2 31 16 951 bekannte
Narkosemitteldosiervorrichtung sieht vor, flüssiges
Narkosemittel mit einer Pumpe aus einem
Vorratsbehälter in eine beheizte Verdampfungskammer zu
fördern, wo es vollständig dem die Verdampfungskammer
durchströmenden Trägergasstrom zugemischt wird.
Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist, daß bei
einer Fehlfunktion der Pumpe vermehrt flüssiges
Narkosemittel in die Verdampfungskammer gelangt und
dort zu einem unkontrollierten Anstieg der
Narkosemittelkonzentration im Trägergasstrom führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Narkosemitteldosiervorrichtung derart zu verbessern,
daß ein unkontrolliertes Verdampfen von flüssigem
Narkosemittel in der Narkosemitteldampfquelle
verhindert und die Dosiergenauigkeit verbessert wird.
Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß die
Narkosemitteldampfquelle als eine mit flüssigem
Narkosemittel gefüllte Verdampfungskammer ausgeführt
ist, und vor dem Dosierventil ein den Dosierdruck PI
erzeugendes Gasförderelement vorhanden ist.
Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen
darin, daß das flüssige Narkosemittel nicht mehr in
die Verdampfungskammer gefördert wird, wo es mehr oder
weniger vollständig verdampft, sondern die Dosierung
des Narkosemittels erfolgt allein aus dem über dem
flüssigen Narkosemittel befindlichen
Narkosemitteldampfvolumen heraus. Hierzu wird
flüssiges Narkosemittel in die Verdampfungskammer
gefüllt und der sich bildende Narkosemitteldampf von
dem Gasförderelement abgepumpt und vor dem
Dosierventil auf den Dosierdruck PI eingestellt. Ist
das Dosierventil als Digitalventil ausgeführt, wird
durch ein zeitlich befristetes Öffnen, welches auch
wiederholt pulsartig erfolgen kann, die
Narkosemitteldampfmenge im Trägergasstrom eingestellt.
Ist hingegen das Dosierventil als Analogventil
ausgebildet, wird am Analogventil ein Öffnungsgrad
eingestellt, der sich aus der zu dosierenden
Narkosemitteldampfmenge ergibt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
So ist es zweckmäßig, das Gasförderelement als eine
Pumpe mit nachgeschaltetem Puffervolumen auszuführen
und im Puffervolumen einen Druckaufnehmer anzuordnen
zur Erfassung eines Istwertsignals vom
Dosierdruck PI, mit welchem in einem
Dosierdruckregler ein Dosierdruck-Stellgrößensignal
für die Pumpe gebildet wird. Der Dosierdruckregler ist
auch an die Steuereinheit angeschlossen und erhält von
dort den Dosierdruck-Sollwert PS. Der Dosierdruck
PI in Verbindung mit dem Öffnungsgrad und der
Öffnungszeit t des Dosierventils ist ein Maß für das
pro Zeiteinheit dosierte Volumen von
Narkosemitteldampf in den Trägergasstrom. Um eine
Kondensation von Narkosemittel zu verhindern, ist es
zweckmäßig, den Leitungszug zwischen
Verdampfungskammer und Dosierventil, die Pumpe und das
Puffervolumen zu beheizen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor,
die Pumpe und das Puffervolumen in Baueinheit als
Kolben- oder Balgpumpe auszuführen. Auf der
Ansaugseite ist ein Einlaßventil vorgesehen, welches
als Richtungsventil nur einen Gasstrom von der
Verdampfungskammer zum Dosierventil gestattet. Das
bewegliche Pumpenteil der Balg- oder Kolbenpumpe wird
von einem Pumpenantrieb angetrieben und ist während
der Ausdrückphase mit einer Ausdrückkraft
beaufschlagt, so daß vor dem Dosierventil der
Dosierdruck PI entsteht. Erfolgt das Ausdrücken mit
konstanter Ausdrückkraft, stellt sich ein konstanter
Dosierdruck PI ein. Es besteht aber auch die
Möglichkeit, die Dosierung des Narkosemitteldampfes
nicht allein über den Dosierdruck PI und die
Öffnungszeit t des Dosierventils vorzunehmen, sondern
das von dem beweglichen Pumpenteil geförderten
Narkosemitteldampf-Volumen unmittelbar in den
Trägergasstrom zu dosieren. Hierzu wird das
Dosierventil durch die Steuereinheit derart
angesteuert, daß es während der Ansaugphase in
Schließstellung und während der Ausdrückphase in
Öffnungsstellung ist. Der Pumpenhub wird mit einem
Wegaufnehmer gemessen. In der Kolbenpumpe stellt sich
jetzt ein Förderdruck PF ein. Das pro Zeiteinheit
geförderte Volumen an Narkosemitteldampf ist
proportional dem Produkt aus dem Förderdruck PF, dem
Pumpenhub und der Zahl der Pumpenhübe pro Zeiteinheit.
Mit dem Förderdruck PF können außerdem, entsprechend
den aus der klassischen Thermodynamik bekannten
Gasgesetzen, Korrekturfaktoren für das geförderte
Narkosemitteldampf-Volumen errechnet werden. Hierzu
ist es zweckmäßig, den Förderdruck PF entweder auf
den Beginn der Ausdrückphase oder das Ende der
Ansaugphase zu beziehen.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, im
Trägergasstrom, strömungsabwärts der Mündungsstelle
der Förderleitung in die Narkosegasleitung einen
Narkosegassensor vorzusehen, welcher den
Konzentrations-Istwert CI mißt und diesen an einen
Narkosegasregler weitergibt. Der Narkoseregler ist mit
der Steuereinheit verbunden und kann von dieser sowohl
Steuersignale empfangen, als auch Steuersignale an die
Steuereinheit abgeben.
Es ist vorteilhaft, das Dosierventil nicht über die
Steuereinheit sondern den Narkosegasregler zu
betätigen und mit dem gemessenen
Konzentrations-Istwert CI die Konzentration des
Narkosemitteldampfes im Trägergasstrom einzustellen.
Das in der Steuereinheit vorliegende Steuersignal für
das Dosierventil ist in diesem Fall ein reiner
Plausibilitätsprüfwert für den Narkosegasregler.
Dieser Plausibilitätsvergleich kann beispielsweise in
der Steuereinheit durchgeführt werden. Für den Fall,
daß sich aus dem Plausibilitätsvergleich eine
unzulässige Abweichung ergibt, blockiert die
Steuereinheit den Narkosegasregler und schaltet das
Dosierventil in Schließstellung.
Es ist zweckmäßig, als Sicherheitseinrichtung in die
Förderleitung, in Strömungsrichtung hinter dem
Dosierventil, ein Notventil einzuschalten, das in
Schließstellung schaltet, wenn ein
Konzentrationsgrenzwert CG für die Konzentration des
Narkosemitteldampfes im Trägergasstrom erreicht ist.
Das Notventil ermöglicht eine Abschaltung, wenn das
Dosierventil in der Öffnungsstellung klemmt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine erste Narkosemitteldosiervorrichtung
mit Pumpe und Puffervolumen,
Fig. 2 eine zweite Narkosemitteldosiervorrichtung
mit Kolbenpumpe,
Fig. 3 eine dritte Narkosemitteldosiervorrichtung
mit direkter Dosierung aus der
Verdampfungskammer.
Die in der Fig. 1 gezeigte erste
Narkosemitteldosiervorrichtung (1) besteht aus einer
Verdampfungskammer (2), welche mit flüssigem
Narkosemittel (3) gefüllt ist und mittels eines
Wärmetauschers (7), der eine Heizwicklung (4) und eine
Temperatursonde (5) besitzt, auf eine Temperatur T
temperiert ist. Die Verdampfungskammer (2) ist
modulartig in den Wärmetauscher (7) eingeschoben und
kann aus diesem, z. B. zum Nachfüllen von
Narkosemittel (3), entnommen werden.
Die Heizwicklung (4) wird von einer Steuereinheit (6)
aus gespeist, gleichzeitig wird in der Steuereinheit
(6) der mit der Temperatursonde (5) gemessene Istwert
der Temperatur T der Verdampfungskammer (2) gemessen
und mit einem in der Steuereinheit (6) gespeicherten
Temperatur-Sollwert verglichen. Bei einer Abweichung
zwischen der Temperatur T und dem Temperatur-Sollwert
wird durch die Steuereinheit (6) die Heizleistung
entsprechend angepaßt. Da diese Temperatur T etwa im
Bereich der Umgebungstemperatur liegt, ist für die
Temperierung meistens auch der Wärmetauscher (7)
allein ausreichend, um unmittelbar die Umgebungswärme
der Verdampfungskammer (2) zuzuführen. Sollte die
Temperatur T infolge einer größeren Entnahme von
Narkosemitteldampf (14) stark abnehmen, kann mit der
Heizwicklung (4) entsprechend gegengeheizt werden.
Von der Verdampfungskammer (2) führt eine
Förderleitung (8) über eine Pumpe (9), ein
Puffervolumen (10), und ein Dosierventil (11) zu einer
Narkosegasleitung (12), durch welche ein
Trägergasstrom (13) fließt. Der über dem Narkosemittel
(3) befindliche Narkosemitteldampf (14) wird von der
Pumpe (9) aus der Verdampfungskammer (2) abgepumpt und
in dem Puffervolumen (10) auf den Dosierdruck PI
eingestellt. Der Dosierdruck PI wird von einem
Druckaufnehmer (15) gemessen und das Meßsignal einem
Dosierdruckregler (16) zugeführt, wo es mit einem von
der Steuereinheit (6) gelieferten Dosierdruck-
Sollwert Ps verglichen wird. Entsprechend der
Abweichung zwischen PI und Ps wird die Pumpe (9)
über die Leitung (17) auf konstanten Dosierdruck PI
angesteuert. Zur Dosierung von Narkosemitteldampf (14)
in den Trägergasstrom (13) wird das Dosierventil (11)
von der Steuereinheit (6) in festgelegten
Zeitabschnitten in Öffnungsstellung geschaltet. Aus
dem mit einer Volumenmeßsonde (18) gemessenen
Volumenstrom VI des Trägergasstroms (13) pro
Zeiteinheit, dem Dosierdruck PI, dem Öffnungsgrad
und der Öffnungszeit t des Dosierventils (11), ist die
Konzentration des Narkosemitteldampfes (14) im
Trägergasstrom (13) bestimmbar. Entsprechende
Vorgabewerte für die Konzentration können über die
Signalleitung (19) in die Steuereinheit (6) eingegeben
werden. Die Steuereinheit (6) enthält einen
Mikroprozessor und einen Permanentspeicher, mit denen
die für die Dosierung notwendigen Rechenoperationen
durchgeführt werden können.
Fig. 2 zeigt eine zweite
Narkosemitteldosiervorrichtung (20). Gleiche
Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der Fig. 1
bezeichnet. Gegenüber der in der Fig. 1 gezeigten
ersten Narkosemitteldosiervorrichtung (1) wurden die
Pumpe (9) und das Puffervolumen (10) ersetzt durch
eine Kolbenpumpe (21) mit einem Einlaßventil (22) und
einem hubbeweglichen Pumpenteil (23) zum Ansaugen und
Ausdrücken des Narkosemitteldampfes (14). Das
hubbewegliche Pumpenteil (23) wird durch einen
Pumpenantrieb (24) betätigt, der wiederum von dem
Dosierdruckregler (16) angesteuert wird.
Weiter ist zwischen dem Dosierventil (11) und der
Narkosegasleitung (12) ein Notventil (25) vorgesehen,
welches die Förderleitung (8) absperrt, wenn in der
Narkosegasleitung (12) ein
Konzentrationsgrenzwert CG für die Konzentration des
Narkosemitteldampfes (14) in dem Trägergasstrom (13)
erreicht ist. Hierzu wird ein Konzentrations-Istwert
CI mit einem Narkosegassensor (26) gemessen und in
einem Narkosegasregler (27) mit dem von der
Steuereinheit (6) gelieferten Konzentrationsgrenzwert
CG verglichen. Ist der Konzentrations-Istwert CI
gleich oder größer dem Konzentrationsgrenzwert CG,
schaltet der Narkosegasregler (27) das Notventil (25)
in Schließstellung.
Die Dosierung von Narkosemitteldampf (14) in den
Trägergasstrom (13) geschieht in der Weise, daß
zunächst mit dem hubbeweglichen Pumpenteil (23) und
dem Pumpenantrieb (24) Narkosemitteldampf (14) über
das als Richtungsventil ausgeführte Einlaßventil (22)
angesaugt wird und in der Ausdrückphase innerhalb der
Kolbenpumpe (21) auf den Dosierdruck PI verdichtet
wird. Der Dosierdruck PI wird in dem
Dosierdruckregler (16) mit dem Dosierdruck-Sollwert
Ps verglichen und aus der Differenz zwischen Ps
und PI ein Stellgrößensignal für den Pumpenantrieb
(24) erzeugt.
Das Konzentrationsverhältnis von Narkosemitteldampf
(14) zu Trägergasstrom (13) ergibt sich aus dem
Volumenstrom VI des Trägergasstroms, dem
Dosierdruck PI, dem Öffnungsgrad und der
Öffnungszeit t des Dosierventils (11).
Eine alternative Betriebsform der zweiten
Narkosemitteldosiervorrichtung (20) besteht darin, die
Dosierung nicht allein über den Dosierdruck PI und
die Öffnungszeit t, sondern über das von dem
beweglichen Pumpenteil (23) geförderte Volumen
vorzunehmen. Hierzu wird das Dosierventil (11) durch
die Steuereinheit (6) derart angesteuert, daß es
während der Ansaugphase in Schließstellung und während
der Ausdrückphase in Öffnungsstellung ist. Der
Pumpenhub wird durch einen Wegaufnehmer (28) gemessen
und an die Steuereinheit weitergegeben. Der
Pumpenantrieb (24) fördert nach einem von der
Steuereinheit (6) vorgegebenen Zeitmuster
Narkosemitteldampf (14) aus der Verdampfungskammer (2)
und transportiert ihn in die Narkosegasleitung (12).
Mit dem Druckaufnehmer (15) wird der Förderdruck PF
in der Kolbenpumpe gemessen und an die Steuereinheit
(6) weitergeleitet, wo, entsprechend den aus der
klassischen Thermodynamik bekannten Gasgesetzen,
Korrekturfaktoren für das geförderte
Narkosemitteldampf-Volumen errechnet werden. Zur
Berechnung der Korrekturfaktoren ist es zweckmäßig,
den Förderdruck PF auf einen festen Zeitpunkt zu
beziehen, etwa auf den Beginn der Ausdrückphase oder
das Ende der Ansaugphase.
Mit der zweiten Narkosemitteldosiervorrichtung (20)
sind auch Mischformen der Dosierung realisierbar,
indem z. B. der in der Kolbenpumpe (21) befindliche
Narkosemitteldampf (14) schrittweise entleert wird.
Das pro Einzelschritt dosierte
Narkosemitteldampf-Volumen ergibt sich aus dem Teilhub
des beweglichen Pumpenteils (23), aus dem mit dem
Wegaufnehmer (28) gemessenen Teilweg und dem
Dosier-Förderdruck Pw am Ende der jeweiligen
Teil-Ausdrückphase.
Fig. 3 zeigt eine dritte
Narkosemitteldosiervorrichtung (30), bei der
Narkosemitteldampf (14) unmittelbar aus dem
Vorratsbehälter (2) dosiert wird. Gleiche Komponenten
sind mit gleichen Bezugsziffern der Fig. 1 und der
Fig. 2 bezeichnet. Gegenüber der in der Fig. 1
gezeigten ersten Narkosemitteldosiervorrichtung (30)
wird der Dosierdruck PI nicht durch die Pumpe (9)
sondern durch Aufheizen der Verdampfungskammer (2)
mittels der Heizung (4) erzeugt. Der Druck des
Narkosemitteldampfes (14) wird so eingestellt, daß er
um einige 100 Millibar über dem Umgebungsdruck liegt.
Der Dosierdruck PI wird mit dem Druckaufnehmer (15)
innerhalb der Verdampfungskammer (2) gemessen und von
dem Dosierdruckregler (16) verarbeitet. Zur
Verhinderung von Kondensation des Narkosemitteldampfes
(14), ist im Leitungszug der Förderleitung (8) eine
Heizspirale (31) vorgesehen, deren Anschlüsse (32a,
32b) mit der Steuereinheit (6) verbunden sind.
Claims (6)
1. Narkosemitteldosiervorrichtung mit einer
temperierten Narkosemittelgasdampfquelle, von
welcher aus mit einem von einer Steuereinheit (6)
ansteuerbaren Dosierventil (11) über eine
Förderleitung (8) Narkosemitteldampf (14) in einen
Trägergasstrom (13) dosiert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Narkosemitteldampfquelle
als eine mit flüssigem Narkosemittel (3) gefüllte
Verdampfungskammer (2) ausgeführt ist und vor dem
Dosierventil (11) ein den Dosierdruck PI
erzeugendes Gasförderelement (9) vorhanden ist.
2. Narkosemitteldosiervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gasförderelement
eine Pumpe (9) mit einem nachgeschalteten
Puffervolumen (10) ist und im Puffervolumen ein
Druckaufnehmer (15) vorgesehen ist zur Erfassung
des Dosierdruckes PI, und in einem
Dosierdruckregler (16) aus der Differenz des
Dosierdruckes PI und einem von der Steuereinheit
(6) gelieferten Dosierdruck-Sollwert Ps ein
Dosierdruck-Stellgrößensignal für die Pumpe (9)
gebildet wird.
3. Narkosemitteldosiervorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe und das
Puffervolumen in Baueinheit als Balg- oder
Kolbenpumpe (21) ausgeführt sind, mit einem
Einlaßventil (22) im Ansaugbereich der
Förderleitung (8) und einem, den
Narkosemitteldampf (14) fördernden hubbeweglichen
Pumpenteil (23), welches durch einen den
Dosierdruck PI erzeugenden Pumpenantrieb (24)
betätigt ist.
4. Narkosemitteldosiervorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im
Trägergasstrom (13), strömungsabwärts der
Mündungsstelle der Förderleitung (8) in die
Narkosegasleitung (12), ein Narkosegassensor (26)
zur Messung des Konzentrations-Istwertes CI
vorhanden ist, welcher an einen Narkosegasregler
(27) angeschlossen ist.
5. Narkosemitteldosiervorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Dosierventil (11)
durch den Narkosegasregler (27) betätigt ist und
das in der Steuereinheit (6) gebildete
Steuersignal für das Dosierventil (11) ein
Plausibilitätsprüfwert für die Dosierung ist.
6. Narkosemitteldosiervorrichtung nach Anspruch 4
oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Förderleitung (8), in Strömungsrichtung hinter dem
Dosierventil (11), ein Notventil (25) vorhanden
ist, welches bei einem, mit dem Narkosegassensor
(26) gemessenen Konzentrationsgrenzwertes CG, in
Schließstellung geschaltet ist.
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