Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft allgemein Systeme zum Steuern der
Durchflußraten von Fluiden. Insbesondere betrifft die
Erfindung das Aufrechterhalten von genauen und stabilen
Fluiddurchflußraten in medizinischen Fluidabgabesystemen.
Hintergrund der Erfindung
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Bei vielen Fluidabgabesystemen ist es wichtig, daß man die
Fluiddurchflußraten sorgfältig steuern kann. Bei Systemen,
die zur Verwendung bei der intravenösen Verabreichung von
Fluiden vorgesehen sind, ist die genaue Steuerung von
Fluiddurchflußraten gewöhnlich ein ausschlaggebender Teil der
Therapie, die der Patient erhält. Im medizinischen Bereich
ist Genauigkeit also ein wichtiges Merkmal eines
Durchflußsteuersystems. Außerdem kann die intravenöse Verabreichung
von Fluiden mit ungesteuerten hohen Fluiddurchflußraten für
den Patienten schädlich sein.
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Ein weiteres wünschenswertes Merkmal eines
Durchflußsteuersystems ist Beständigkeit über die Zeit. Im medizinischen
Bereich ist es nicht praktikabel zu erwarten, daß
medizinisches Personal während des gesamten Behandlungszeitraums
anwesend ist, um die Fluiddurchflußrate zu überwachen. Ein
Durchflußratensteuersystem muß daher fähig sein, ein stabile
Durchflußrate aufrechtzuerhalten, während es gleichzeitig
über längere Zeiträume unbeaufsichtigt ist.
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Ferner ist im medizinischem Bereich sowie auf anderen
Gebieten ein weiteres wünschenswertes Merkmal eines
Durchflußsteuersystems
Einfachheit, um einen Bedienerfehler zu
vermeiden, der mit zunehmender Komplexität einer Einrichtung
wahrscheinlicher wird. Die Einfachheit eines
Durchflußsteuersystems wirkt sich auch auf die Gesamtkosten des
Systems aus, die natürlich weitestgehend minimiert werden
sollen, ohne die Qualität des Betriebsverhaltens zu
beeinträchtigen.
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Viele herkömmliche intravenöse Fluidverabreichungssets
weisen manuelle Klemmeinrichtungen wie etwa Rollenklemmen
auf, die für den Bediener ein Mittel darstellen, um die
Fluiddurchflußraten manuell zu steuern. Rollenklemmen haben
lange Zeit gute Dienste für diesen Zweck geleistet. Da
medizinische Behandlungen jedoch immer mehr verfeinert und
immer präziser werden, sollte dies auch für die Vorrichtung
gelten, mit der diese Behandlungen vorgenommen werden. Da
beispielsweise Rollenklemmen zwischen einer vollständig
geöffneten und einer vollständig geschlossenen Position
praktisch stufenlos regelbar sind, muß sich der Bediener
Zeit lassen, um die Klemme sorgfältig einzustellen, um die
gewünschte Durchflußrate zu erzielen. Häufig kann eine
gewünschte Durchflußrate nicht genau erzielt werden.
Außerdem kann sich die Durchflußrate ändern, nachdem sie erzielt
ist, und zwar aufgrund der Tendenz der bei intravenösen
Verabreichungssystemen verwendeten flexiblen Schläuche,
unter der Druckkraft der Klemme zu "kriechen". Die
ursprünglich bei Beginn des Behandlungszeitraums eingestellte
Durchflußrate kann sich im Verlauf der Behandlung unerwartet
und unvorhersehbar ändern.
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Bei tragbaren Arzneimittelverabreichungssystemen (wie etwa
dem in der internationalen PCT-Veröffentlichung Nr.
WO 86103978 gezeigten mit dem Titel "Infusion Having a
Distal Flow Regulator") werden hin und wieder extrudierte
Glaskapillarrohre verwendet, um dem Durchfluß einen
unveränderlichen Widerstand entgegenzusetzen. Dieses
Steuerverfahren ist zwar relativ direkt in seiner Vorgehensweise, es
ist jedoch teuer, ein Kapillarrohr zu extrudieren, das den
gewünschten genauen Durchflußwiderstand hat.
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EP-A-0189940 beschreibt einen Infusor zur Abgabe einer
Flüssigkeit unter Druck mit einer vorbestimmten Durchflußrate.
Der Infusor kann nur zur Abgabe mit einer einzigen
Durchflußrate verwendet werden.
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US-A-4275767 beschreibt einen Begrenzer mit veränderlichem
Fluiddurchfluß, der eine Durchflußbegrenzungsscheibe
aufweist. Bei einer Ausführungsform wird die Fluiddurchflußrate
durch den Begrenzer nach Maßgabe der Orientierung, mit der
die Begrenzungsscheibe in den Begrenzer eingesetzt ist,
geändert.
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EP-A-0270500 stellt Stand der Technik im Sinn von Artikel
54(3) EPÜ dar.
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US-A-3785378 beschreibt eine intravenöse
Fluidverabreichungsvorrichtung, die eine
In-Line-Fluiddurchflußsteuereinrichtung aufweist. Die Einrichtung weist eine Basis, auf
der Durchflußbegrenzungsbahnen gebildet sind, und ein
Wählelement auf, das eine einzige Öffnung hat und drehbar ist,
um die Öffnung mit dem Auslaß der gewählten
Durchflußbegrenzungsbahn auszufluchten. Die Durchflußbegrenzungsbahnen
sind nicht auf einer Scheibe vorgesehen.
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Der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht auf US-A-3785378, und
die Unterscheidungsmerkmale der Erfindung sind in dem
kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus den
beigefügten Zeichnungen, der Beschreibung und den Ansprüchen
ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Fluidverabreichungssystem mit einer
Durchflußratenschutzeinrichtung, die nicht gemäß der Erfindung
ist;
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Fig. 2 ist eine vergrößerte Draufsicht auf die in Fig. 1
gezeigte Durchflußratenscheibe;
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Fig. 3 ist eine seitliche Schnittansicht der Scheibe entlang
der Linie 3-3 von Fig. 2;
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Fig. 4 ist ein Arzneimittelinfusionssystem mit einer
Steuereinrichtung für eine unveränderliche Durchflußrate, die
nicht gemäß der Erfindung ist;
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Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht der
Steuereinrichtung von Fig. 4;
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Fig. 6 ist ein Fluidabgabesystem mit einer Steuereinrichtung
für eine veränderliche Durchflußrate, die Merkmale der
Erfindung aufweist;
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Fig. 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in
Fig. 6 gezeigten Steuereinrichtung für eine veränderliche
Rate;
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Fig. 8 ist eine vergrößerte Draufsicht auf die in Fig. 7
gezeigte Durchflußratensteuerscheibe;
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Fig. 9 ist eine Draufsicht auf die
Durchflußratensteuereinrichtung von Fig. 6;
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Fig. 10a bis 10d sind eine Folge von Ansichten, die die
veränderlichen Steuermerkmale der Einrichtung von Fig. 6
zeigen; und
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Fig. 11 ist eine alternative Ausführungsform einer
veränderlichen Durchflußratensteuerscheibe.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Ein Fluidabgabesystem 10 ist in Fig. 1 gezeigt. Das System
weist ein Schlauchstück 12 mit einem Einlaßende 14 und einem
Auslaßende 16 auf. Das Einlaßende 14 weist einen Verbinder
18 auf, um das System an eine Fluidquelle 20 anzuschließen.
Das Auslaßende 16 weist einen weiteren Verbinder 22 auf, um
das System 10 an die vorgesehene Fluidabgabestelle
anzuschließen.
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Das soeben beschriebene System 10 ist zur Verwendung auf
verschiedenen Gebieten geeignet. Bei der gezeigten
Ausführungsform ist das System 10 zur Verwendung im medizinischen
Bereich vorgesehen, um Fluid zur intravenösen Verabreichung
an einen Patienten abzugeben.
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In diesem Anwendungsfall bildet der Schlauch 12 einen
flexiblen Schlauch aus Kunststoff medizinischer Güte wie
Polyvinylchlorid. Der Verbinder 18 weist einen herkömmlichen
Spikeverbinder zum Anschluß an die Öffnung eines Behälters
21 mit intravenöser Lösung auf. Der andere Verbinder 22
weist eine herkömmliche Luerkupplung zum Anschluß an einen
intravenösen Katheter herkömmlicher Ausführung (nicht
gezeigt) auf, der mit dem Kreislaufsystem des Patienten in
Verbindung steht.
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Bei dieser Anordnung weist das System 10 ferner bevorzugt
eine In-Line-Tropfkammer 24 und einen Filter 26 auf.
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Das System 10 weist ferner eine primäre
Durchflußsteuereinrichtung 28 auf, die zwischen dem Einlaß- und dem
Auslaßende 14 und 16 angeordnet ist, um den Fluiddurchfluß
durch den Schlauch 12 zu dosieren. Bei der gezeigten
Ausführungsform
kann die primäre Durchflußsteuereinrichtung 28
als eine herkömmliche Rollenklemme 28 ausgebildet sein.
Durch Betätigen der Rollenklemme 28 kann der Bediener die
Fluidbahn durch den Schlauch 12 öffnen und schließen. Der
Bediener kann außerdem die Rollenklemme 28 zwischen ihrer
vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen
Position einstellen, um einen Bereich von gewünschten
Durchflußraten für das Fluid zu erhalten.
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Das System 10 weist eine Durchgeh-Schutzeinrichtung 30 auf,
um die maximale Durchflußrate durch den Schlauch 12
unabhängig von dem Betrieb der primären
Durchflußsteuereinrichtung 28 zu begrenzen. Die Einrichtung 30 ist wirksam,
wenn die primäre Durchflußsteuereinrichtung 28 falsch
betätigt wird, gestört ist oder anderweitig nicht
ordnungsgemäß arbeitet, um Fluid automatisch daran zu hindern, durch
das Auslaßende 16 des Systems 10 über einer vorgegebenen
maximalen Rate zu fließen. Der Patient wird somit vor
plötzlichen "Durchgeh"-Durchflußraten geschützt, die vom
medizinischen Standpunkt als gefährlich zu betrachten wären.
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Die Durchgeh-Schutzeinrichtung 30 ist als ein In-Line-Steuerelement
32 mit unveränderlicher Durchflußrate
ausgebildet. Dieses Element 32 weist ein Gehäuse 34 auf, in dem
eine vorgeformte Durchflußbegrenzungsscheibe 36 verkapselt
ist.
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Die Scheibe weist ein Grundsubstrat 38 auf, in dem ein oder
mehr Durchflußbegrenzungsbahnen 40 gebildet sind. Diese
Bahnen können unterschiedliche Geometrie haben,
beispielsweise V-förmig, bogenförmig oder viereckig sein, je nach der
Beschaffenheit des Substrats und der angewandten Ätztechnik.
Bei der gezeigten Ausführungsform (Fig. 2), die nicht gemäß
der Erfindung ist, ist eine einzige
Hauptdurchflußbegrenzungsbahn 40 gebildet, die einen vorgewählten diskreten
Widerstand gegenüber Fluiddurchfluß hat. Die
Durchflußbegrenzungsbahn 40 ist umschlossen. Die Bahn 40 kann von
verschiedenen
Einrichtungen umschlossen sein; bei der gezeigten
Ausführungsform bedeckt jedoch eine Deckschicht 42 das
Grundsubstrat 38, wodurch die Begrenzungsbahn 40 umschlossen
ist. Die Scheibe 36 weist ferner einen Einlaß 44 und einen
Auslaß 46 in dem Grundsubstrat 38 auf, die an
entgegengesetzten Enden der Durchflußbegrenzungsbahn 40 angeschlossen
sind, um dadurch Fluid in die und aus der
Durchflußbegrenzungsbahn 40 zu leiten.
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Bevorzugt sind auch Verteilerbereiche 48 in dem
Grundsubstrat 38 an den entgegengesetzten Enden 44 und 46 der
Durchflußbegrenzungsbahn 40 vorgeformt, um einen nicht
begrenzten Durchfluß auf der Scheibe 36 sicherzustellen.
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Bei der gezeigten Ausführungsform ist ferner eine Vielzahl
von Durchflußbegrenzungsbahnen 50, die jeweils kleiner als
die Hauptdurchflußbegrenzungsbahn 40 sind, vorgesehen, um
kleine teilchenförmige Stoffe während ihrer Passage über die
Scheibe 36 auszufiltern.
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Das Material des Grundsubstrats 38 kann unter den
Materialien ausgewählt werden, auf denen diskrete
Fluiddurchflußbahnstrukturen gebildet werden können. Solche
Materialien können von metallischer, keramischer oder polymerer
Beschaffenheit sein. Kristalline Strukturen ermöglichen
aufgrund ihrer Beschaffenheit größere Präzision bei der
Bildung von Durchflußstrukturen. Aus diesem Grund ist bei
der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform das
Grundsubstrat 38 aus einem Halbleitermaterial wie etwa
kristallinem Silizium gebildet. Bei dieser Anordnung sind die
Hauptdurchflußbegrenzungsbahn 40, die kleineren
Durchflußbegrenzungsbahnen 50 und die Verteiler 48 mit herkömmlichen
Ätztechniken gebildet, wie sie beispielsweise in der US-PS
4 537 680 von Barth beschrieben sind. Bei dieser Anordnung
können die Durchflußbegrenzungsbahnen mit einer genauen
V-förmigen Geometrie gebildet sein. Die Deckschicht 42 kann
Glas sein, oder sie kann wie das Substrat selbst ein
Halbleitermaterial
aufweisen. Die Deckschicht 42 kann zweckmäßig
mit dem Grundsubstrat 38 verbunden sein, beispielsweise
durch Anwendung eines anodischen Verbindungsverfahrens.
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Wie Fig. 2 zeigt, hat das Gehäuse 34, in dem die Scheibe 36
verkapselt ist, einen Einlaßkanal 51, der mit dem
Scheibeneinlaß 44 in Verbindung steht, und einen Auslaßkanal 54, der
mit dem Scheibenauslaß 46 in Verbindung steht. Diese Kanäle
52 und 54 sind ihrerseits an den Schlauch 12 des
Fluidabgabesystems 10 angeschlossen.
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Die innere Querschnittsfläche und die Länge der
Durchflußbegrenzungsbahn 40 können genau vorgewählt werden, um die
gewünschte unveränderliche Durchflußrate durch die Scheibe
36 zu erhalten. Die Fluiddurchflußrate durch eine gegebene
Durchflußbegrenzungsbahn ist von verschiedenen bekannten
Gleichungen bestimmt, beispielsweise der Hagen-
Pouiseuilleschen Gleichung. Diese Gleichung wird wie folgt
geschrieben:
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Q = A²/π8u [ΔP/L - pg sin R]
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wobei
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Q = volumetrische Durchflußrate
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A = Querschnittsfläche der
Durchflußbegrenzungsbahn
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u = Fluidviskosität
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ΔP = Druckabfall durch die
Durchflußbegrenzungsbahn
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L = Begrenzungsbahnlänge
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p = Fluiddichte
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g = Erdbeschleunigung
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R = Orientierungswinkel der
Durchflußbegrenzungsbahn relativ zur
Schwerkraft
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Im gezeigten Anwendungsfall sind Auswirkungen der
Schwerkraft vernachlässigbar. Aus der Gleichung ist also
ersichtlich, daß der Durchfluß durch eine gegebene
Durchflußbegrenzungsbahn primär gesteuert wird durch: (1) die Druckhöhe
oder den Druck, der auf die Fluidquelle aufgebracht wird, im
Vergleich zu dem Druck (d. h. ΔP), der auf den Auslaß des
Systems aufgebracht wird; (2) das A²/L- Verhältnis; und die
Viskosität (u) des Fluids. Von diesen ist das
A²/L-Verhältnis die kritische Steuervariable. Durch Verwendung eines
kristallinen Substrats kann dieses Verhältnis präzise
gesteuert werden, um eine genaue und unveränderliche
Durchflußbegrenzungsbahn zu erhalten.
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Der vor stehend beschriebene Begrenzer mit unveränderlicher
Durchflußrate ist in anderen Fluidverabreichungssystemen im
medizinischen Bereich anwendbar. Beispielsweise ist in Fig.
4 der Begrenzer Teil eines tragbaren
Arzneimittelinfusionssystems 58.
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Das in Fig. 4 gezeigte System 58 weist einen herkömmlichen
Infusor 60 vom Blasentyp auf, wie er in der US-PS 4 386 929
von Peery et al. beschrieben ist. Dieser Infusor 60 soll vom
Patienten getragen werden, während gleichzeitig Medikation
intravenös mit einer unveränderlichen, gesteuerten Rate
abgegeben wird.
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Der Infusor 60 weist ein rohrförmiges Gehäuse 62 mit einem
Auslaßende 64 auf. Ein Schwimmkolben 66 ist bewegbar in dem
Gehäuse 62 angebracht. Eine elastomere Blase 68 ist an dem
Kolben 66 befestigt. Im Gebrauch wird das flüssige
Arzneimittel oder sonstige Medikament, das verabreicht werden
soll, durch eine Spritze oder dergleichen in die Blase 68
eingebracht. Flüssigkeit wird aus der erweiterten Blase 68
durch das Auslaßende 64 ausgedrückt. Der Kolben 66 bewegt
sich entsprechend in Richtung zum Auslaßende 64 des Gehäuses
62.
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Ein Schlauch 70 steht mit dem Inneren der Blase 68 in
Verbindung und leitet die Flüssigkeit von der Blase 68 zu dem
Patienten. Wie in Fig. 1 stellt im Gebrauch eine am Ende des
Schlauchs 70 getragene herkömmliche Luerkupplung 72 eine
Verbindung mit einem herkömmlichen intravenösen Katheter 74
her.
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Das System 58 weist ein In-Line-Steuerelement 76 für eine
unveränderliche Durchflußrate mit einer Scheibe 36 oder
einem Chip auf, der nicht gemäß der Erfindung ist und die
gleiche allgemeine Konfiguration und Ausbildung wie in Fig.
2 hat (weshalb er mit dem gleichen Bezugszeichen versehen
ist). Wie vorstehend beschrieben, halten der
Innendurchmesser und die Länge der Durchflußbegrenzungsbahn 40 durch
die Scheibe 36 die gewünschte Medikationsdurchflußrate zum
Patienten aufrecht.
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Die Scheibe 36 kann in einem Gehäuse 34 angeordnet sein, wie
in Fig. 2 gezeigt ist, und kann an jeder Stelle entlang der
Fluidbahn, die mit dem Inneren der Blase 68 in Verbindung
steht, angeordnet sein. Bei der gezeigten Ausführungsform
(s. Fig. 5) ist die Scheibe 36 jedoch in der Luerkupplung 72
selbst untergebracht
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Bei dieser Speziellen Anordnung weist die Luerkupplung 72
einen Einlaßkanal 78, der mit der Blase 68 in Verbindung
steht, und einen Auslaßkanal 80 auf, der mit dem Katheter 74
in Verbindung steht. Ein Dichtelement 82 ist zwischen dem
Einlaß- und dem Auslaßkanal 78 und 80 angeordnet. Die
Scheibe 36 wird in dem Dichtelement 82 getragen, wobei der
Scheibeneinlaß 44 mit dem Einlaßkanal 78 und der
Scheibenauslaß 46 mit dem Auslaßkanal 80 in Verbindung steht. Jedes
die Kupplung 72 durchfließende Fluid muß somit durch die
Durchflußbegrenzungsbahn 40 der Scheibe 36 gehen. Die
Scheibe 36 dient also dazu, die Durchflußrate des Fluids zu
kegeln.
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Ein weiteres Fluidverabreichungssystem 84 ist in Fig. 6
gezeigt. Dieses System 84 hat viele Elemente mit dem in Fig.
1 gezeigten System gemeinsam, und diese gemeinsamen Elemente
haben die gleichen Bezugszeichen.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, weist das System 84 jedoch
keine Rollenklemme 28 auf. Vielmehr weist das System 86
anstelle dieses Elements ein einziges In-Line-Steuerelement
für eine veränderliche Durchflußrate auf, das die Merkmale
der Erfindung verkörpert.
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Wie am besten aus Fig. 7 ersichtlich ist, weist das In-Line-
Steuerelement 86 für eine veränderliche Durchflußrate ein
Basiselement 88 und ein Wählelement 90 auf, das auf dem
Basiselement 88 bewegbar getragen wird. Wie nachstehend
ausführlicher beschrieben wird, dient die Bewegung des
Wählelements 90 (wie durch Pfeile in Fig. 6 gezeigt) dazu, die
Durchflußrate von das System 84 durchfließendem Fluid
selektiv zu ändern. Die Bewegung des Wählelements 90 kann auch
dazu dienen, Fluiddurchfluß durch das System 84 insgesamt zu
verhindern.
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Wie Fig. 7 zeigt, weist das Basiselement eine Vertiefung 92
auf. Ein Einlaßkanal 94 steht über eine Einlaßöffnung 96 mit
der Vertiefung 92 in Verbindung. Ein Auslaßkanal 98 steht
über eine Auslaßöffnung 100 ebenfalls mit der Vertiefung 92
in Verbindung. Die entgegengesetzten Enden des Einlaß- und
des Auslaßkanals 102 bzw. 104 sind in-Line mit dem
Fluidschlauch 12 des Systems 84 angebracht (s. Fig. 6).
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Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist die Einlaßöffnung 96
allgemein entlang der Mittellinie 106 der Vertiefung 92
angeordnet, die bei der gezeigten Ausführungsform
zylindrische Konfiguration hat. Die Auslaßöffnung 100 in
dieser Anordnung ist in Radialrichtung um einen gewählten
Abstand von der Einlaßöffnung 96 beabstandet.
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Es versteht sich, daß die Position der Einlaß- und der
Auslaßöffnung 96 und 100 umgekehrt sein könnte und daß die
Vertiefung 92 eine andere als die in den Zeichnungen
gezeigte zylindrische Konfiguration haben könnte.
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Ein elastomeres Dichtelement 108 befindet sich in der
Vertiefung. Das Dichtelement 108 weist eine erste und eine
zweite Öffnung 110 und 112 auf, die sich durch den Körper
des Elements 108 erstrecken. Die erste Öffnung 110 ist mit
der Einlaßöffnung 96 ausgefluchtet, wenn das Dichtelement
108 in der Vertiefung 92 ordnungsgemäß positioniert ist.
Wenn es so positioniert ist, ist die zweite Öffnung 112 mit
der Auslaßöffnung 100 ausgefluchtet.
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Ein Paar von Festlegestiften 114 ist in der Vertiefung 92
positioniert. Diese Stifte 114 passen in ein Paar von
Festlegelöchern 116 in dem Dichtelement 108, um das
Dichtelement 108 in der gewünschten Position in der Vertiefung 92
auszufluchten und zu halten.
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Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Wählelement 90 auf
dem Basiselement 88 um eine Achse drehbar, die mit der
Mittellinie 106 der Vertiefung 92 allgemein ausgefluchtet ist,
d. h. in Axialrichtung mit der Einlaßöffnung 96
ausgefluchtet ist.
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Das Wählelement 90 kann zwar durch verschiedene Mittel
drehbar an dem Basiselement 88 angebracht werden; bei der
gezeigten Ausführungsform (s. Fig. 7) ist das Wählelement 90
durch Schnappeingriff zwischen einem Umfangsflansch 118 an
dem Wählelement 90 und einer passenden Umfangsrippe 120 an
dem Basiselement 88 drehbar an der Basis 88 befestigt.
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Eine Durchflußbegrenzungsscheibe 122 oder ein solcher Chip
wird von dem Wählelement 90 getragen. Insbesondere
definieren vorspringende Rippen 124, die in der Innenwand des
Wählelements 90 gebildet sind, einen Raum 126, der der
Gestalt der Scheibe 122 allgemein entspricht. Die Scheibe
122 wird in diesem Raum 126 getragen, wobei die Rippen 124
mit den Umfangsrändern der Scheibe 122 in Kontakt sind und
eine seitliche Bewegung davon verhindern. Die Scheibe 122
wird also zur gemeinsamen Bewegung mit dem Wählelement 90
getragen.
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Die Scheibe 122 ist, wie vorstehend beschrieben und in Fig.
2 und 3 gezeigt, mit einem Grundsubstrat 38 und einer
Deckschicht 42 ausgebildet. Im Gegensatz zu den vorstehend
gezeigten und beschriebenen Scheiben (es wird nunmehr auf
Fig. 8 Bezug genommen) weist die Scheibe 122 mindestens zwei
unabhängige Durchflußbegrenzungsbahnen auf, die in dem
Grundsubstrat gebildet sind. Bei der gezeigten
Ausführungsform sind vier Durchflußbegrenzungsbahnen 128, 130, 132, 134
gebildet.
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Wenn das Wählelement 90 drehbar an dem Basiselement 88
befestigt ist, ist die Scheibe 122 sandwichartig in dem Raum
126 zwischen der Innenwand des Wählelements 90 und dem
Dichtelement 108 angeordnet. In dieser Orientierung ist der
Mittelpunkt 136 der Scheibe 122 mit der Drehachse 106 des
Wählelements 90 allgemein ausgefluchtet und daher mit der
Einlaßöffnung 96 selbst ausgefluchtet.
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Ein Drehen des Wählelements 90 dient also dazu, die Scheibe
122 um diese Achse 106 zu drehen, wobei das Dichtelement 108
eine gleitende Dichtfläche angrenzend an die Scheibe 122
bildet.
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Bei dieser Anordnung weist die Scheibe 122 an ihrem
Mittelpunkt einen Einlaß 138 auf (s. Fig. 8). In Radialrichtung
von dem Einlaß 138 beabstandet sind mindestens zwei
Auslässe. Bei der gezeigten Ausführungsform sind vier Auslässe
140, 142, 144 und 146 gezeigt. Jeder Auslaß 140, 142, 144
und 146 ist in Radialrichtung von dem Einlaß 138
beabstandet,
und zwar um den gleichen Abstand, um den die
Auslaßöffnung 100 von der Einlaßöffnung 96 beabstandet ist.
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Wenn die Scheibe 122 sandwichartig zwischen dem Wählelement
90 und dem Dichtelement 108 angeordnet ist, ist also der
Einlaß 138 der Scheibe mit der Einlaßöffnung 96 des
Basiselements 88 (über die Öffnung 110 in dem Dichtelement 108)
ausgefluchtet. Eine gemeinsame Drehung der Scheibe 122 mit
dem Wählelement 90 dient somit dazu, den Einlaß 138 der
Scheibe 122 (über die ausfluchtende Öffnung 110 in dem
Dichtelement 108) in Ausfluchtung mit der Einlaßöffnung 96
des Basiselements 88 zu halten. Die Drehung dient ferner
dazu, die verschiedenen Auslässe 140, 142, 144 und 146 der
Scheibe 122 (über die ausfluchtende Öffnung 112 in dem
Dichtelement 108) in und außer Ausfluchtung mit der
Auslaßöffnung 100 des Basiselements 88 zu halten, je nach der
Position des Wählelements 90 in seiner kreisförmigen Bahn
(wie durch Pfeile in Fig. 6 gezeigt).
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Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, sind die erste, zweite,
dritte und vierte Bahn 128, 130, 132 und 134 in dem Substrat
38 der Scheibe 122 zwischen dem Scheibeneinlaß 138 und dem
ersten, zweiten, dritten und vierten Scheibenauslaß 140,
142, 144 bzw. 146 gebildet. Jede Bahn 128, 130, 132 und 134
ist mit einer vorgewählten Querschnittsfläche und Länge
gebildet, um einen unterschiedlichen Durchflußwiderstand zu
bieten. Fluid, das jede Durchflußbegrenzungsbahn
durchfließt, fließt daher mit einer unterschiedlichen Rate.
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Eine eingeritzte Markierung 148 an der Innenwand des
Wählelements 90 (s. Fig. 7) ist mit einer entsprechenden
eingeritzten Markierung 150 an der Scheibe 122 ausgefluchtet,
um die Scheibe 122 in der gewünschten Orientierung in dem
Raum 126 festzulegen. In dieser Orientierung zeigen
erläuternde Markierungen 160 an der Außenseite des Wählelements
90 (s. Fig. 9) an, wenn die verschiedenen Scheibenauslässe
in oder außer Ausfluchtung mit der Auslaßöffnung 100 sind.
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Wie Fig. 10a bis 10d zeigen, kann der Benutzer also die
Scheibe 122 durch Drehen des Wählelements 90 innerhalb eines
Bereichs von Positionen (die als Positionen A, B, C und D
beschrieben sind) selektiv orientieren, um den
Fluiddurchfluß durch die Durchflußbegrenzungsbahnen 140, 142, 144 und
146 zu leiten, um die gewünschte Durchflußrate zu erhalten.
Durch Positionieren des Wählelements 90 zwischen
irgendwelchen dieser Betriebspositionen dient die Scheibe 122 dazu,
den gesamten Fluiddurchfluß durch das System zu blockieren.
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Wie Fig. 8 zeigt, sind Fluidverteiler 162 bevorzugt in
Zuordnung mit jeder Durchflußbegrenzungsbahn gebildet.
Gewünschtenfalls können auch Filtrationsbereiche 164, wie sie
vorstehend beschrieben sind, gebildet sein.
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Bei der gezeigten Ausführungsform dosiert die erste
Durchflußbegrenzungsbahn 128 (Position A) Fluiddurchfluß mit
einer Rate von 0,5 ml/h, die zweite Durchflußbegrenzungsbahn
130 (Position B) mit 2,0 ml/h, die dritte
Durchflußbegrenzungsbahn 132 (Position C) mit 5,0 ml/h und die vierte
Durchflußbegrenzungsbahn 134 (Position D) mit 100 ml/h, wenn
das System 84 unter seinen normalen Betriebsbedingungen
betrieben wird.
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Bei der gezeigten Ausführungsform sind sämtliche
Durchflußbegrenzungsbahnen 128, 130, 132 und 134 V-förmig mit
einem in dem V eingeschlossenen Winkel von 70 1/2º. Die
erste Bahn 128 hat eine Breite, gemessen am Oberende des V,
von 22 um (microns) und eine Länge von 330 um (microns). Die
zweite Bahn 130 hat eine vergleichbare Breite von 48 um
(microns) und eine Länge von 1980 um (microns). Die dritte
Bahn 132 hat eine Breite von 66 um (microns) und eine Länge
von 2760 um (microns). Die vierte Bahn 134 weist zehn (10)
parallele Bahnen auf, die jeweils eine Breite von 76 um
(microns) und eine Länge von 2390 um (microns) haben. Der
hier verwendete Begriff "Bahn" kann wie bei der vierten Bahn
134
mehr als einen einzigen Fluidkanal und kann eine
Struktur von Fluidkanälen aufweisen.
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Die vorgesehenen Durchflußraten sind diskret und präzise.
Der Benutzer braucht anfangs keine stufenlos einstellbare
Rollenklemme einzustellen, um eine gewünschte Durchflußrate
zu erhalten. Außerdem ist die durch die Scheibe eingestellte
Durchflußrate, wenn sie einmal gewählt ist, fest und
unveränderlich, solange die Betriebsbedingungen (wie etwa die
wirksame Druckhöhe ΔP) konstant bleiben. Sie unterliegt
keiner Änderung aufgrund eines "Kriechens" in dem Schlauch,
wie das mit einer herkömmlichen Rollenklemme der Fall ist.
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Die Anordnung der Durchflußbegrenzungsbahnen auf dem
Grundsubstrat zum Erzielen eines Bereichs von diskreten
Durchflußraten kann sich von der in Fig. 8 gezeigten
unterscheiden.
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Eine repräsentative alternative Anordnung ist in Fig. 11
gezeigt. Darin weist eine Scheibe 166 (die, wie in Fig. 2
und 3 gezeigt, ausgebildet ist) eine kontinuierliche
konzentrische Durchflußbegrenzungsbahn 168 auf, die sich von
einer zentralen Öffnung 170 in Gestalt einer Helix nach
außen erstreckt. Mehrere Öffnungen 172, 174, 176, 178 sind
entlang der Bahn 168 angeordnet. Dadurch werden vier
Durchflußbegrenzungsbahnen definiert, die sich zwischen der
Öffnung 170 und der Öffnung 172, der Öffnung 170 und der
Öffnung 174, der Öffnung 170 und der Öffnung 176 sowie der
Öffnung 170 und der Öffnung 178 erstrecken. Jede
Durchflußbegrenzungsbahn hat aufgrund ihrer Länge und
Querschnittsfläche einen anderen Durchflußwiderstand, wodurch ein
Bereich von diskreten Durchflußraten geschaffen wird.
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Bei dieser Anordnung (wie sie in Fig. 11 gezeigt ist) kann
die zentrale Öffnung 170 mit einer Einlaßöffnung 178'
ausgefluchtet sein, die in einem zugeordneten Gehäuse
angeordnet ist. Eine Auslaßöffnung 180 kann angrenzend an die
Einlaßöffnung
178' an dem Gehäuse angeordnet sein. Drehen der
Scheibe 166 um die Einlaßöffnung 178' bringt die Auslässe
172, 174, 176 und 178 in und außer Ausfluchtung mit der
Auslaßöffnung 180, um die veränderliche Durchflußratensteuerung
zu erzielen, die unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben
wurde.