DE4405043A1 - Verfahren für eine berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung sowie eine nach dem Verfahren arbeitende Einrichtung - Google Patents
Verfahren für eine berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung sowie eine nach dem Verfahren arbeitende EinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine berührungs
lose translatorische Bewegungsmeßvorrichtung und eine nach
dem Verfahren arbeitende Bewegungsmeßeinrichtung.
Aus der US-PS 4 457 171 ist ein Flüssigkeitsspiegel-
Anzeiger bekannt, bei welchem ein bewegter Magnet ein
Anzeigearray beeinflußt. Diese Anordnung aus vielen
Elementen ist sehr platzintensiv.
Aus der US-PS 4 380 928 ist ein Rotationswinkelsensor
bekannt. Wie ein derartiger Sensor in einer translato
rischen Bewegungsmeßeinrichtung einsetzbar sein könnte, ist
aus der Patentschrift nicht zu entnehmen.
Aus einem Prospekt der VAC Vacuumschmelze GmbH mit dem
Titel "Magnetische Sensoren" (Prospekt-Nr. P5000, Ausgabe
04/90) sind verschiedene translatorische Bewegungsmeß
einrichtungen bekannt, welche aber nicht die notwendige
Exaktheit bei erwünschter Kompaktheit liefern.
Von der Firma Philips ist ein Sensormodul KM 110 B H/21 für
die Winkelmessungen bekannt. Wie ein derartiges Sensormodul
allerdings in einer translatorischen Bewegungsmeßeinrich
tung einsetzbar sein könnte, ist aus der Produktbeschrei
bung nicht zu entnehmen.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren für eine
berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung zu
schaffen, welche ein weiterverarbeitbares Ausgangssignal
erzeugt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeich
nenden Teil des ersten Patentanspruches gelöst, sowie durch
eine Meßeinrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des
zweiten Patentanspruchs. Dabei ist die Umsetzung der
translatorischen Bewegung in eine Rotation wesentlich,
welche über die Richtungsänderung der vom Feld ausgehenden
Anzugskraft erfolgt. Dies hat zur Folge, daß das Sensor
signal nicht von der Stärke sondern im wesentlichen nur vom
Winkel des Feldes zum Sensor abhängt, so daß eine
Beeinflussungsmöglichkeit durch von außen wirkende Felder
als sehr gering anzusehen ist. Durch die Verwendung von
Feldern ist eine Messung durch Trennwände auch ohne Durch
führung möglich.
Vorteilhafterweise ist der Sensor relativ zum zweiten
Element fest orientiert, um eine eindeutige Auswertung bei
jeder Stellung des zweiten Elementes zu ermöglichen.
Die Drehachse des zweiten Elements sollte senkrecht zur
translatorischen Bewegungsachse des ersten Elements aus
gerichtet sein, um eine maximale Signalhöhe (Rotations
bewegung) am zweiten Element zu erhalten. Dies wird durch
eine senkrecht zur translatorischen Bewegungsrichtung
ausgerichtete Orientierung der Feldlinien des ersten
felderzeugenden Elementes unterstützt.
Wenngleich auch andere felderzeugende (z. B. elektro
statische, elektromagnetische, usw.) Elemente verwendet
werden können, so liefern magnetische Felder von Magneten
besonders gute Resultate. Deshalb sollte das erste und das
zweite Element jeweils ein Magnet sein.
Um einen niedrigen Energiebedarf zu erhalten, bzw. nach
einem Energieausfall ein schnelles Ergebnis zu bekommen,
ist es vorteilhaft, wenn zumindest der erste Magnet ein
Permanentmagnet ist. Gibt man dem ersten Magneten eine
Stabform, so kann man hohe Feldstärken bei einer relativ
niedrigen Höhe bei richtiger Materialauswahl erreichen.
Da der zweite Magnet sich drehen soll, ist eine kreis
zylindrische bzw. kugelförmige Form für ihn vorteilhaft.
Ist der zweite Magnet ein Permanentmagnet, so hat auch er
keinen zusätzlichen externen Energiebedarf.
Wenn die erzeugten Felder magnetischer Natur sind, so ist
der Sensor vorteilhafterweise ein Magnetfeldsensor. Aber
auch andere Sensoren (z. B. optische Abtaster, Frequenz
veränderer, usw.) können verwendet werden (z. B. Maßstabe
auf dem zweiten Magneten mit optischer Abtastung,
strahlerzeugendes Element und ein oder mehrere Detektoren
am Magnet und Gehäuse, usw.).
Vorteilhafterweise dient die Meßeinrichtung der Füllstands
messung, insbesondere in räumlich beengten Gehäusen.
Da das erste Element leichter ist, sollte dieses trans
latorisch bewegt werden. Dabei sollte der Abstand zwischen
den beiden Elementen möglichst gering sein, um zwischen
ihnen eine gute Kopplung durch die Feldstärke zu erhalten.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist der Einbau der Meß
einrichtung in eine implantierbare Infusionspumpe wegen des
geringen Energiebedarfs und der daraus resultierenden
langen Benutzungsdauer, wobei vorteilhalfterweise das erste
Element am Federbalg angebracht werden sollte.
Die Erfindung wird nachstehend in beispielhafterweise
anhand von Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere
wesentliche Merkmale sowie dem besseren Verständnis
dienende Erläuterungen und Ausgestaltungsmöglichkeiten des
Erfindungsgedankens beschrieben sind.
Dabei zeigen
Fig. 1 eine Infusionspumpe;
Fig. 2a, 2b die Anbringung der erfindungsgemäßen Bewe
gungsmeßeinrichtung in der Infusionspumpe;
und
Fig. 3a-c Detailansichten eines erfindungsgemäßen
Detektionselementes in verschiedenen
Schnitten.
Fig. 1 zeigt eine Infusionspumpe (3) im Schnitt, in
welcher die erfindungsgemäße Bewegungsmeßeinrichtung zur
Füllstandsmessung sinnvoll eingesetzt werden kann.
Infusionspumpen (3), welche in den Körper eines Patienten
implantiert werden, sind bereits bekannt und werden heute
in vielen Bereichen der Medizin eingesetzt. Implantierbare
Infusionspumpen (3), auch Medikamentenpumpen genannt,
ermöglichen eine direkte, kontinuierliche Medikamenten
verabreichung in das arterielle oder venöse System, sowie
in den epidualen oder intraspiralen Raum des menschlichen
Körpers. Dabei erlaubt diese Art der medikamentösen
Versorgung eine so geringe Dosis (0.5 bis 1.5 ml/Tag), daß
die Lebensqualität des Patienten weitgehend erhalten bleibt
und belastende Nebenwirkungen auf den Organismus erheblich
gemildert werden, wie sie bei herkömmlichen Therapien
bekannt sind (Tabletten, Tropfen, Injektion, usw.).
Die in Fig. 1 dargestellte Infusionspumpe (3) besteht aus
einem Balg (1), dessen Inhalt das Medikamentenreservoir
bzw. -kammer bildet. Der Balg (1) des Medikamenten
reservoirs ist über einen Silikonstopfen (2), welcher einen
wesentlichen Teil des Septums (11) bildet, zugänglich. Die
Pumpe (3) wird im Bauchbereich unterhalb des Brustkorbs
implantiert. Die Fassung des Septums (11) ist nach dem
bekannten Stand der Technik als Domform ausgebildet.
Dadurch ist es möglich, das Septum (11) später durch die
Haut und das darunterliegende Fettgewebe hindurch zu
ertasten. Nachdem der Arzt das Septum (11) ertastet hat,
kann die Auffüllspritze angesetzt werden. Die Spritze wird
durch Haut, Fettgewebe und Silikonstopfen (2) des Septums
(11) gestochen. Ein Nadelstop (4) dient als Anschlag. Der
Balg (1) der Medikamentenkammer (das Innere des Falten
balges) kann auf diese Weise gefüllt werden. Der Balg (1)
expandiert. Die Außenseite des Balges (1) liegt in einer
druckdichten Dose (5), in der sich ein Gas (6) befindet,
welches einen vom Volumen unabhängigen, konstanten Gegen
druck erzeugt. Dieser Gegendruck versucht nun seinerseits
das Medikament aus dem als Vorratskammer dienenden Balg (1)
wieder auszutreiben. Der Fluß des ausströmenden Medikaments
wird über eine Drosselstrecke (7) begrenzt, so daß sich
eine konstante Flußrate einstellt. Das Medikament wird über
eine Kammer (8), die über ein zusätzliches Bolusseptum (12)
zugänglich ist, geführt und gelangt von dort aus über den
Katheter (10) aus der Pumpe (3) heraus, an den Wirkort im
Körper des Patienten. Über das Bolusseptum (12) mit dessen
Silikonstopfen (9) können direkt Medikamente oder Kontrast
mittel in den Katheter (10) und damit an den Wirkort
eingespritzt werden, unter Umgehung der eigentlichen Pumpe
(3). Auch das Bolusseptum (12) ist nach dem bekannten Stand
der Technik domförmig ausgeführt und wird ertastet.
Um nun den Füllstand des Balges (1) in einer implantierten
Infusionspumpe (3) zu messen, benötigt man eine geeignete
Meßeinrichtung. Aufgrund der beengten Platzverhältnisse in
der Infusionspumpe (3) muß sich diese Einrichtung durch
eine möglichst kleine Bauweise auszeichnen. Zusätzlich muß
sich die Einrichtung durch die Lageunabhängigkeit der Meß
werterfassung auszeichnen, da man genaue Messungen in jeder
Körperposition des Patienten, welcher die implantierte
Infusionspumpe trägt, erhalten möchte. Außerdem muß eine
Biokompatibilität gewährleistet sein. Dies bedeutet, daß
möglichst kein Kontakt zwischen der Meßeinrichtung und dem
Medikament, bzw. dem Körpergewebe erfolgt.
Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung zur Füllstandsmessung
des Balges (1), welche diese Voraussetzungen erfüllt, ist
in den Fig. 2a und 2b im Prinzip, sowie in den Fig.
3a-c detailliert dargestellt.
Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung besteht im wesentlichen
aus zwei, körperlich getrennten Elementen.
Das erste Element ist ein Permanentmagnet (13), welcher ein
permanentes Feld in seiner Umgebung erzeugt. Der Permanent
magnet (13) ist unterhalb des Balges (1) an dessen seit
lichen Rand angebracht. Bei einer Füllstandsänderung des
Balges (1) bewegt sich der Permanentmagnet (13) entlang
einer Linie. Die Form des Permanentmagneten (13) entspricht
einer flachen Platte, wobei der Permanentmagnet (13) mit
seiner größten Fläche am Balg (1) befestigt (z. B.
angeklebt) ist.
Der dargestellte Permanentmagnet (13) in den Fig. 2a und
2b besitzt eine rechteckige Form. Diese Form kann variiert
werden, so daß die Form des Permanentmagneten (13) den
Platzverhältnissen im Inneren der Anordnung, in welcher er
sich befindet (in diesem Fall der Druckkammer um den Balg
(1) im Inneren der Infusionspumpe (3), problemlos angepaßt
wird. Es ist lediglich dafür zu sorgen, daß die vom ersten
Element ausgehende Feldstärke eine zu den Meßverhältnissen
ausreichende Stärke aufweist.
Außerhalb der mit einem Gas gefüllten Druckkammer, welche
durch das äußere Gehäuse (17) der Infusionspumpe (3) sowie
eine Trennwand (5) abgeschlossen wird, ist seitlich der
Trennwand (5) außerhalb der Druckkammer das zweite Element
der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung angeordnet.
Dieses zweite Element, welches auch als Detektionselement
bezeichnet werden kann, besteht im wesentlichen aus zwei
Teilen.
Das erste Teil des Detektionselementes (15) bildet ein
drehbar gelagerter zweiter Magnet (14). Um Strom zu sparen,
ist dieser zweite Magnet (14) ein Permanentmagnet. Dieser
zweite Permanentmagnet (14) ist leicht drehbar in einer
Halterung (15) angeordnet und so ausgerichtet, daß die
Bewegung des ersten Permanentmagneten (13) in translato
rischer Richtung (16a) zu einer Drehbewegung (16b) des
zweiten Permanentmagneten (14) führt. Diese Drehbewegung
des zweiten Permanentmagneten (14) wird von einem Sensor
(18) detektiert, welcher ein elektrisches Signal ent
sprechend der Lage des zweiten Permanentmagneten (14)
erzeugt. Dieses elektrische Signal wird dann auf eine
Datenleitung (19) gegeben, welche mit einer Signalauswerte-
Einrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) verbunden
ist. Der Sensor (18) ist in diesem Beispiel ein Magnetfeld
sensor.
Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ist somit ein
mechanisch-elektrischer Wandler. Der Sensor (18) wird durch
den drehbar gelagerten zweiten Permanentmagneten (14)
derart angesteuert, daß die Winkelposition des drehbar
gelagerten Permanentmagneten (14) zu einem elektrischen
Ausgangssignal des Magnetfeldsensors (18) führt. Die
Veränderung der Winkelposition des zweiten drehbar
gelagerten Magneten (14) erfolgt dabei durch den ersten, am
Balg (1) der Infusionspumpe (3) angebrachten Magneten (13),
wobei jede Winkelposition des zweiten Magneten (14) einem
gewissen Füllstand im Balg (1) entspricht. Dies deshalb,
weil die translatorische Bewegung des ersten Magneten (13)
sich mit der Füllstandshöhe des Balges (1) ändert.
Die Umsetzung der translatorischen Bewegung in eine
Rotationsbewegung erfolgt über die Richtungsänderung der
magnetischen Auszugskräfte. Der besondere Vorteil, den man
dadurch erhält, ist darin zu sehen, daß das Sensorsignal
nicht von der Stärke des Magnetfeldes sondern vom Winkel
zwischen den beiden Magneten (13, 14) abhängt, so daß die
mögliche Beeinflussung durch von außen wirkende Felder
äußerst gering ist. Ein besonderer Vorteil der Bewegungs
meßeinrichtung, bestehend aus dem ersten Magneten (13), dem
zweiten , drehbar gelagerten Magneten (14), sowie dem
Magnetfeldsensor (18), ist darin zu sehen, daß bei kleinem
Bauvolumen die Messung durch eine amagnetische Trennwand
(5) ohne Durchführung erfolgen kann. Die unkritischen
Meßabstände sind magnetabhängig. Die magnetische Flußdichte
muß bei der jeweiligen Meßanordnung so gewählt werden, daß
der erste Magnet (13) bei jeder Bewegung eine entsprechende
Bewegung des zweiten Magneten (14) veranlaßt.
In den Fig. 3a-c ist nun eine weitere konstruktive
Variante des zweiten Magneten mit Magnetfeldsensor
dargestellt.
Dieses Detektionselement besteht aus einem amagnetischen
Gehäuse (20), in welchem ein Magnetfeldsensor (25) durch
eine amagnetische Schraube (27) lagegesichert ist. Das
Gehäuse (20) besitzt zudem eine Öffnung (23), in welcher
sich ein drehbar gelagerter runder Permanentmagnet (21)
befindet. Im Innern dieses kreiszylindrischen Magneten (21)
befindet sich eine kreisrunde Lagerspindel (22), deren
Enden spitz zulaufen. Die spitz zulaufenden Enden der
Lagerspindel (22) ragen in zwei Schrauben (24), welche
jeweils einen Lagerungskörper (24a) aufweisen. Dieser
Lagerungskörper (24a) besitzt zur Lagerungsspindel (22) hin
eine kreiszylindrische Vertiefung, in welche die Enden der
Lagerungsspindel (22) hineinragen. Damit sich der Magnet
(21) auf der Lagerungsspindel (22) möglichst frei drehen
kann, besteht zwischen der Lagerungsspindel (22) und den
Lagerungskörpern (24a) ein geringes Lagerspiel. Außerdem
sind die Oberflächen der Enden der Lagerungsspindel (22)
und der Lagerungskörper (24a) sehr gut poliert, um der
Drehbewegung des Magneten (21) einen möglichst geringen
Widerstand entgegenzusetzen. Dazu trägt auch eine geeignete
Materialauswahl für den Lagerungskörper (24a) und die
Lagerspindel (22), bzw. eine entsprechende Oberflächen
beschichtung bei. Aus dem Gehäuse (20) des Detektions
elementes ragen lediglich die Verbindungselemente (26) des
Magnetfeldsensors (25) hinaus. Dabei liefert der Sensor
(25) ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung in
einer, in den Figuren nicht dargestellten Elektronik.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele
begrenzt, sondern umfaßt alle berührungslosen translato
rischen Bewegungsmeßeinrichtungen, bei welchen eine trans
latorische Bewegung in eine Rotationsbewegung zumindest im
wesentlichen durch Einschaltung von Feldern überführt wird
und diese Rotationsbewegung dann durch einen Sensor erfaßt
wird. Dabei ist die Anwendung der Erfindung in einer
Infusionspumpe lediglich eine sehr vorteilhafte, da die
Meßeinrichtung wegen ihrer Kompaktheit und ihren Vorzügen
dort sehr gute Resultate liefert.
Claims (17)
1. Verfahren für eine berührungslose translatorische
Bewegungsmeßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß
die translatorische Bewegung in eine Rotationsbewegung
zumindest im wesentlichen durch Einschaltung von
mindestens einem Feld überführt und diese Rotations
bewegung zur Erzeugung eines weiterverarbeitbaren
Ausgangssignals verwendet wird.
2. Berührungslose translatorische Bewegungsmeß
einrichtung, bei welcher eine translatorische Bewegung
zwischen einem felderzeugenden Element (13) und einer
Detektionseinrichtung (15) erfolgt, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Detektionseinrichtung (15) aus einem
drehbar gelagerten zweiten Element (14, 21), welches
durch eine Bewegung (16a) des Feld des ersten
Elementes (13) eine Ausrichtungsänderung (16b) auf
einer Rotationsachse erfährt, und einem, die Rotation
des zweiten Elementes (14, 21) erfassenden Sensor (18,
25) aufgebaut ist, wobei der Sensor (18, 25) die
Rotationsbewegung (16b) des zweiten Elements (14, 21)
in ein weiterverarbeitbares Ausgangssignal umsetzt.
3. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sensor (18, 25) relativ zum zweiten Element (14, 21)
fest orientiert ist.
4. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Drehachse des zweiten Elements (14, 21) senkrecht
zur translatorischen Bewegungsachse (16a) des ersten
Elements (13) ausgerichtet ist.
5. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeich
net, daß die Feldlinien des ersten felderzeugenden
Elementes (13) senkrecht zur translatorischen
Bewegungsrichtung (16a) ausgerichtet sind.
6. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeich
net, daß das erste (13) und das zweite (14, 21)
Element jeweils ein Magnet ist.
7. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeich
net, daß der erste Magnet (13) ein Permanentmagnet
ist.
8. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeich
net, daß der erste Magnet (13) ein Stabmagnet ist.
9. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeich
net, daß die Form des zweiten Magneten (14, 21) eine
kreiszylindrische ist.
10. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 2-9, dadurch gekennzeich
net, daß der zweite Magnet (14, 21) ein Permanent
magnet ist.
11. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 2-10, dadurch gekennzeich
net, daß der Sensor (18, 25) ein Magnetfeldsensor ist.
12. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeich
net, daß die Meßeinrichtung eine Füllstandsmeß
einrichtung ist.
13. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeich
net, daß das erste Element (13) translatorisch bewegt
wird.
14. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeich
net, daß die Entfernung des ersten Elements (13) zum
zweiten Element (18, 25) möglichst gering ist.
15. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeich
net, daß die Meßeinrichtung in einer implantierbaren
Infusionspumpe (3) eingebaut ist.
16. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Element (13) am Federbalg (1) der Infusionspumpe
(3) angebracht ist.
17. Berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung
nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeich
net, daß das Ausgangssignal ein elektrisches ist.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| DE19944405043 DE4405043A1 (de) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | Verfahren für eine berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung sowie eine nach dem Verfahren arbeitende Einrichtung |
| EP95910494A EP0699298A1 (de) | 1994-02-17 | 1995-02-16 | Verfahren für eine berührungslose translatorische bewegungsmesseinrichtung sowie eine nach dem verfahren arbeitende einrichtung |
| PCT/EP1995/000572 WO1995022745A1 (de) | 1994-02-17 | 1995-02-16 | Verfahren für eine berührungslose translatorische bewegungsmesseinrichtung sowie eine nach dem verfahren arbeitende einrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| DE4405043A1 true DE4405043A1 (de) | 1995-08-24 |
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ID=6510470
Family Applications (1)
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| DE19944405043 Withdrawn DE4405043A1 (de) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | Verfahren für eine berührungslose translatorische Bewegungsmeßeinrichtung sowie eine nach dem Verfahren arbeitende Einrichtung |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO1995022745A1 (de) | 1995-08-24 |
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