DE4106444C1 - - Google Patents
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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- External Artificial Organs (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor
richtung zur Messung eines Innendrucks in einem Schlauch,
bei welchem der Schlauch
mit einer vorgegebenen Vorspannkraft senkrecht zur Schlauch
achse den Schlauch verformend vorgespannt wird und Änderun
gen des Innendrucks durch Änderungen der Vorspannkraft be
stimmt werden.
Bei vielen medizinischen Anwendungszwecken ist es erforder
lich, den Druck in einem durchströmten Schlauch zu ermit
teln. Das durch den Schlauch strömende Medium kann dabei
beispielsweise Blut sein, in anderen Anwendungsfällen ist es
jedoch auch möglich, daß der Druck einer sonstigen Flüssig
keit wie beispielsweise Dialysierflüssigkeit, einer mit Me
dikamenten versehenen Flüssigkeit oder einer Nährlösung be
stimmt werden muß.
Insbesondere bei einem extrakorporalen Blutkreislauf eines
Dialysegerätes ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich,
den Druck in dem System zu überwachen. Üblicherweise reicht
auf der arteriellen Seite im einfachsten Fall ein sogenann
ter Druck-Kissenschalter aus, während auf der venösen Seite
eine hohe Anzeigegenauigkeit erforderlich ist. Ein typischer
Wert für den Meßbereich beträgt 0 bis +40 kPa (0 bis 300 mm
Hg). Die Auslösewerte liegen beispielsweise bei +/- kPa
(7,5 mm Hg).
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Druckmessung
in einem Schlauch mittels eines T-Stückes eine Stichleitung
an dem Schlauch anzuschließen, welche zum Teil mit Luft ge
füllt ist. Am freien Ende der Druck-Stichleitung ist ein
Hydrophobfilter vorgesehen, um Kontaminationen zu vermeiden.
Das Schlauchende ist weiterhin üblicherweise mittels einer
genormten Luer-Lock-Kupplung mit einem Drucksensor gekop
pelt. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß ein relativ auf
wendiges Schlauchsystem mit dem T-Stück erforderlich ist,
wobei weiterhin zusätzlich der Hydrophobfilter und der Luer-
Lock-Adapter erforderlich sind. Weiterhin ist es für das Be
dienungspersonal umständlich, das Schlauchsystem an den
Drucksensor bzw. Monitor anzuschließen. Insbesondere bei un
geübtem Personal besteht weiterhin die Gefahr, daß der arte
rielle und der venöse Drucksensor vertauscht werden, so daß
das Steuerungssystem aufgrund falscher Datenvorgaben arbei
tet. Ein weiterer, wesentlicher Nachteil dieser Ausgestal
tungsform liegt darin, daß sich in der Stichleitung das
Fluid, welches den Schlauch durchströmt, sammelt. Bei der
Durchströmung der Stichleitung mit Blut besteht dabei die
Gefahr, daß das Blut gerinnt, da in der Stichleitung im we
sentlichen keine Strömung vorliegt.
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Druckschalter be
kannt, welche an einem Schlauch eines Infusionsgerätes ange
bracht sind. Derartige Druckschalter dienen jedoch wegen der
großen Meßungenauigkeit nur als schaltendes, nicht jedoch
als messendes Element. Eine Druckmessung ermöglicht aber
eine Verfahrensüberwachung und -steuerung bei der Infusion
von Flüssigkeiten.
Es sind weiterhin Druckmeßvorrichtungen vorgeschlagen wor
den, bei welchen der Schlauch von seinem runden Querschnitt
in einen elliptischen Querschnitt verformt wird, wobei diese
Verformung durch Aufbringen einer Vorspannkraft erfolgt.
Druckänderungen im Inneren des Schlauches führen zu einer
Veränderung der Vorspannkraft, welche gemessen und in Rela
tion zu dem Innendruck in dem Schlauch gesetzt werden kann.
Bei dieser vorgeschlagenen Vorgehensweise ist es ungünstig,
daß das Kunststoffmaterial systembedingt zu Kriechvorgängen
neigt, so daß bei einem längeren Meßvorgang, zusätzlich zu
der Temperaturabhängigkeit, die den E-Modul des Kunststoff
schlauches beeinflußt, ein Langzeit-Kriechen des Schlauchma
teriales auftritt. Dies führt bei längerer Meßzeit zum Ab
fall der Einspannkraft bei gleichbleibendem Einspannweg und
gleichbleibendem Innendruck in dem Schlauch. Das Langzeit-
Kriechverhalten hängt u. a. von der Dimensionierung des
Schlauches und von dem Kunststoffmaterial ab. Insbesondere
bei PVC-Schläuchen, welche wegen ihres ökonomischen Vorteils
besonders häufig bei medizinischen Schlauchanordnungen ver
wendet werden, ergeben sich Kriechwerte, welche in der Grö
ßenordnung des zu messenden Drucksignales liegen, so daß ei
ne derartige Druckmessung vielfach nicht möglich ist.
Die US-Veröffentlichung J. SCI. INSTRUM., 1962, VOL. 39 S. 241
beschreibt ein Verfahren zum Aufspannen einer runden Meß-
Membrane auf einen ringförmigen Halter. Um die Membrane
schnell und frei von Falten u. ä. aufzuspannen, wird mittels
eines Hilfswerkzeuges zunächst ein Gummiring übergestülpt,
bevor der eigentliche Aufspannvorgang der Membrane durchge
führt wird.
Die DE-AS-15 73 631 beschreibt einen elektrischen Druckmeß
wandler mit einem ringförmigen Gehäuse und einem Stempel,
welcher zu dem Gehäuse einen Ringraum bildet. Um die auf das
Gehäuse aufgesetzte Membrane so auszubilden, daß sie auch
bei harten dynamischen Stößen Dauerbeanspruchungen stand
hält, ist vorgesehen, daß die Membrane im Bereich des Ring
raumes Wölbungen aufweist, welche gegen den Mediumdruck nach
außen gerichtet sind. Diese Ausgestaltung der Wölbung führt
dazu, daß die Membrane beim Betrieb des Druckmeßwandlers
keinen Zugspannungen, sondern lediglich Druckspannungen
ausgesetzt ist, wodurch sich ein wesentlich günstigeres
Dauerverhalten ergibt.
Die DE-OS 31 08 669 zeigt einen Meßwertaufnehmer zur Messung
mechanischer Größen als Hohlkörpern, beispielsweise Rohren.
Das Rohr wird von einem bevorzugt mehrteiligen Gehäuse,
welches dazu dient, eines oder mehrere Meßelemente gegen die
Außenwandung des Rohres aufzulegen und mit ausreichender
Anpreßkraft vorzuspannen, damit auf diese Weise Durchmesser
schwankungen der Rohrleitung gemessen werden können. Es wird
somit ein auf die Rohrleitung aufgelegtes, folienartiges
Meßwertaufnehmer-System verwendet. Eine derartige Vorspan
nung ist bei dünnwandigen Schläuchen, wie sie auf dem Medi
zingebiet verwendet werden, nicht praktikabel, daß die benö
tigten Vorspannkräfte zu einer Deformierung und zu einem
Verschluß des Schlauches führen würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen,
welche bei einfachem Aufbau und einfacher, leichter Handhab
barkeit eine zuverlässige Druckmessung auch bei Schläuchen
ermöglichen, deren Material ein Kriechverhalten aufweist.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Schlauch vor Durchführung der Druck
messung über einen längeren Zeitraum verformend vorgespannt
wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine Rei
he erheblicher Vorteile aus. Da der Druck bereits über einen
langen Zeitraum vor Aufbringung des eigentlichen Prüfdruckes
auf den Schlauch aufgebracht wird, kann das Langzeit-Krie
chen des Schlauchmateriales bereits rechtzeitig einsetzen
und ist somit im wesentlichen abgeschlossen, bis der eigent
liche Meßvorgang stattfindet. Bei üblichen PVC-Schläuchen,
welche im medizinischen Bereich verwendet werden, klingt der
Kriechvorgang innerhalb weniger Stunden ab, so daß bei
spielsweise nach einer Einspannzeit von 5 Tagen nicht mehr
mit einem Langzeit-Kriechen des Schlauchmateriales zu rech
nen ist. Somit läßt sich diese Fehlerquelle der Messung
durch das erfindungsgemäße Verfahren gänzlich eliminieren.
Da die Vorspannung des Schlauches bereits bei seiner Konfek
tionierung erfolgen kann, liegt zwischen der Fertigstellung
des Schlauchsystemes und der Anwendung ein ausreichend lan
ger Zeitraum für das Abklingen des Kriechens.
Als Vorteil ergibt sich somit, daß eine sehr genaue Druck
messung am Schlauch vorgenommen werden kann, ohne daß das
Schlauchmaterial durch Kriechvorgänge Meßfehler herbeiruft.
Im Vergleich zu bisher bekannten Systemen ergibt sich somit
eine sehr einfache Handhabung des Schlauchsystemes, da wei
terhin ein kostengünstiges PVC-Material verwendbar ist, sind
die Gesamtkosten ausgesprochen niedrig. Im Vergleich zu den
Meßverfahren, bei welchen ein Druck in einem Abzweigschlauch
gemessen wird, besteht eine sehr günstige Strömungsführung,
weiterhin wird jegliche Kontaminationsgefahr ausgeräumt.
In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung wird der
Schlauch in gleicher Weise wie bei der nachfolgenden Messung
über den längeren Zeitraum vorgespannt. Es erfolgt somit
eine gleiche geometrische Verformung des Schlauches, so daß
Änderungen in der Schlauchgeometrie zwischen dem Vorspann
vorgang und dem eigentlichen Meßvorgang nicht auftreten.
Weiterhin ist es besonders günstig, wenn die Endvorspannung
die gleiche Druckbelastung ergibt, wie die Einspannung des
Schlauches bei dem nachfolgenden Meßvorgang.
Günstig ist es weiterhin, wenn der Schlauch zumindest bis
zum Abklingen des Langzeit-Kriechens vorgespannt wird, er
kann jedoch auch über einen wesentlich längeren Zeitraum mit
der Vorspannung beaufschlagt sein, da dies nicht zu weiteren
Änderungen des Schlauchmateriales führt. Die Vorspannung muß
bis kurz vor Beginn des Meßvorgangs erhalten bleiben.
Erfindungsgemäß wird zumindest der zur Messung benötigte
Teil des Schlauches vorgespannt, es ist jedoch auch möglich,
einen größeren Schlauchbereich vorzuspannen und damit den
Kriechvorgang auszusetzen.
Bezüglich der Vorrichtung ist zur Lösung der zugrundeliegen
den Aufgabe vorgesehen, daß diese eine erste und eine zweite
Backe umfaßt, mit Hilfe derer der Schlauch eingespannt wer
den kann. Die erste und zweite Backe weisen zueinander einen
Abstand auf, welcher kleiner ist, als der unverformte Durch
messer des Schlauches, welcher jedoch im wesentlichen dem
Abstand entspricht, welcher durch die beiden Meßbacken wäh
rend des Meßvorganges aufgebracht wird. Es liegen somit er
findungsgemäß identische Vorspann-Belastungsverhältnisse
vor, wie bei dem eigentlichen Meßvorgang, so daß der
Schlauch in gleicher Weise verformt und in seinem Quer
schnitt verändert wird.
Um die Vorspannvorrichtung bereits während der Herstellung
der Schlauchanordnung an der entsprechenden Stelle an dem
Schlauch anbringen zu können, ist es besonders günstig, wenn
die erste und die zweite Backe mittels eines Trägers gela
gert sind, welcher fest an dem Schlauch vorgesehen ist. Zur
nachfolgenden Durchführung des Meßvorganges ist es dann le
diglich erforderlich, die zweite oder die erste und die
zweite Backe von dem entsprechenden Schlauchstück zu ent
fernen. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, daß die
erste und zweite Backe gegeneinander bewegbar am Träger
gelagert sind. Es ist jedoch auch möglich, die erste und die
zweite Backe einstückig miteinander auszubilden, so daß sich
ein im wesentlichen U-förmiges Klemmelement ergibt, welches
längsverschiebbar mittels des Trägers an dem Schlauch
gelagert ist. Das Klemmelement kann somit zur Durchführung
der eigentlichen Druckmessung längs des Schlauches ver
schoben werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei
zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbei
spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht des in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 4 eine stirnseitige Ansicht, auf die in Fig. 3 linke
Seite des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt gemäß dem in den
Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste Backe
3 und eine zweite Backe 4, welche zueinander einen Freiraum
aufweisen, in welchem ein Schlauch 1 so eingespannt ist, daß
der Schlauch einen im wesentlichen elliptischen oder zusam
mengedrückten, nicht jedoch kreisförmigen Querschnitt auf
weist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Unter
seite der zweiten Backe 4 in Form einer ebenen Fläche ausge
bildet, während die erste Backe 3 eine teilkreisförmige Nut
aufweist, in welche der Schlauch 1 eingelegt werden kann.
Die durch die Doppelpfeile 2 dargestellte Vorspannkraft be
lastet die erste und die zweite Backe 3, 4 gegeneinander, so
daß der Schlauch 1 verformt wird. Die erste Backe 3 ist, wie
in Fig. 1 und 2 schematisch gezeigt, an einem Träger 5 gela
gert, welcher fest mit dem Schlauch 1 verbunden ist, bei
spielsweise durch Verkleben. Der Träger 5 ist an ein Joch 6
abnehmbar angeordnet. Das Joch 6 trägt die Backe 4, so daß
diese, wie durch den Vorspannkraft-Pfeil 2 gezeigt, senk
recht zu dem Schlauch 1 gegen diesen vorgespannt werden
kann. Bei Durchführung der Messung ist es beispielsweise
lediglich erforderlich, die zweite Backe 4 durch eine
Meßbacke zu ersetzen. Alternativ hierzu kann jedoch auch die
Meßvorrichtung zwischen die zweite Backe 4 und das Joch 6
eingebracht werden.
Die Positionierung und Fixierung des Schlauchs 1 in der Meß
vorrichtung 7 erfolgt durch den am Schlauch 1 befestigten
Träger 5, der in die Befestigungen 8 an der Meßvorrichtung 7
eingreift.
Das zweite, in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß den
Fig. 1 und 2 dadurch, daß die erste und zweite Backe 3, 4
einstückig miteinander verbunden sind und ein im wesentli
chen U-förmiges Vorspannelement bilden, so wie dies in Fig.
4 gezeigt ist. Das Vorspannelement ist über einen oder
mehrere Bolzen 8, welche in den oder die Nuten 9 des Trägers
5 verschiebbar geführt sind, in Längsrichtung des Schlauches
1 verschiebbar. In Fig. 3 zeigt die gestrichelte Darstellung
beispielsweise den Vorspannzustand der ersten und zweiten
Backe 3, 4, während mit der ausgezogenen Linie ein
zurückgeschobener Zustand der ersten und zweiten Backe
dargestellt ist, so daß ein Schlauchbereich 10 zur
Druckmessung freigegeben wird, um an diesem Schlauchbereich
die Druckmeßbacken anzuordnen.
Die Positionierung und Fixierung der Meßvorrichtung 7 am
Schlauch 1 erfolgt durch den fest am Schlauch befestigten
Träger 5.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit in sehr einfa
cher Weise bereits bei der Konfektionierung des Schlauches
an diesem angebracht werden und verbleibt an dem Schlauch,
bis der eigentliche Meßvorgang beginnt.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbei
spiele beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im
Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifika
tionsmöglichkeiten.
Claims (10)
1. Verfahren zur Messung eines Innendrucks in einem
Schlauch, bei welchem der Schlauch (1) mit einer vorge
gebenen Vorspannkraft senkrecht zur Schlauchachse den
Schlauch (1) verformend vorgespannt wird und Änderungen
des Innendrucks durch Änderungen der Vorspannkraft be
stimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch
(1) vor Durchführung der Druckmessung über einen längeren
Zeitraum verformend vorgespannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schlauch (1) in gleicher Weise wie bei der nachfol
genden Messung über den längeren Zeitraum vorgespannt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schlauch (1) zumindest bis zum Abklingen des
Langzeit-Kriechens vor der Messung vorgespannt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß zumindest der zur Messung benötigte
Teil des Schlauches (1) vorgespannt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Schlauch (1) mit der gleichen
Druckbelastung bei dem Meßvorgang vorgespannt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine erste
(3) und eine zweite (4) Backe, welche in einen gegensei
tigen Abstand bringbar sind, welcher kleiner ist, als der
unverformte Durchmesser des Schlauches (1).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste (3) und die zweite (4) Backe gegeneinander be
wegbar an einem am Schlauch (1) gelagerten Träger ange
ordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste (3) und die zweite (4) Backe einstückig mitein
ander verbunden und an einem am Schlauch (1) gelagerten
Träger (5) längs des Schlauches (1) verschiebbar angeord
net sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Vorspannelement, bestehend aus den Backen (3) und (4),
über einen oder mehrere Bolzen (8) in einer oder mehrerer
Nuten (9) im Träger (5) geführt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Träger (5) zur Positionierung des Schlauchs (1) an der
Meßvorrichtung (7) dient.
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