DE68923300T2

DE68923300T2 - Ausfallsichere Motorregelschaltung.

Info

Publication number: DE68923300T2
Application number: DE68923300T
Authority: DE
Inventors: Gary Wayne Kaibel; Frederick Francis Schweitzer
Original assignee: Sherwood Medical Co
Current assignee: Covidien AG
Priority date: 1988-01-13
Filing date: 1989-01-13
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2009-01-14
Also published as: JP2546713B2; CA1301831C; JPH01231680A; ATE124826T1; AU615508B2; DE68923300D1; EP0324614A1; US4833379A; EP0324614B1; AU2848889A; ES2074074T3

Description

Diese Erfindung betrifft einen Sicherheits-Schaltkreis für einen Gleichstrommotor. Insbesondere betrifft diese Erfindung einen Sicherheits-Schaltkreis, welcher die Stromversorgung zu einem intermittierend betriebenen Gleichstrommotor unterbricht, wenn der Motor veranlaßt wird, kontinuierlich zu laufen.
Infusionspumpen, die für die Abgabe von Nährstoffen und anderen Flüssigkeiten an Patienten verwendet werden, arbeiten typischerweise intermittierend oder periodisch. Beispielsweise weist eine von Sherwood Medical Company unter dem Markennamen KANGAROO verkaufte Pumpe zur enterischen Ernährung eine von einem Motor angetriebene peristaltische Pumpe, die in periodischen Abständen Nährstoffe an einen Patienten abgibt. Das Gerät wird von einem Mikroprozessor gesteuert, so daß dem Patienten eine vorbestimmte Dosis zugeführt werden kann. Normalerweise arbeitet die Pumpe periodisch (beispielsweise eine Drehung des Pumpenrotors alle zehn Sekunden), bis die gewünschte Dosis zugeführt worden ist.
Wenn der Steuerkreis für den die Pumpe betreibenden Motor ausfällt, so besteht die Möglichkeit, daß der Motor eingeschaltet bleibt. Bei einer Pumpe zur enterischen Ernährung bewirkt ein solcher Ausfall eine Überfütterung des Patienten mit potentiell tödlichen Folgen. Auf ähnliche Weise kann die Möglichkeit einer Überdosierung bei einem Arzneistoffinfusionssystem lebensbedrohlich sein.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Sicherheits-Schaltkreis zur Verwendung bei einem intermittierend betriebenen Gleichstrommotor vor, welcher ein Abschalten des Motors bewirkt, wenn der Motor infolge eines Versagens des Steuerkreises während einer längeren als der vorgewählten Zeitdauer kontinuierlich läuft.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Sicherheits-Schaltkreis in Verbindung mit einem Gleichstrommotor und einem Steuerkreis vorgesehen, wobei der Motor mittels eines Stromkreisunterbrechers mit einer Stromversorgung verbindbar und intermittierend betreibbar ist, und wobei der Steuerkreis ein erstes Schaltmittel zur intermittierenden Übertragung von Steuerungsimpulsen an den Motor, einen Kondensator zur Parallelschaltung zum Motor, Mittel zum Laden des Kondensators und Mittel zum Entladen des Kondensators am Ende jedes Steuerungsimpulses, Mittel zur Erzeugung einer Vergleichsspannung, die einen Fehlerzustand anzeigt, Mittel zum Vergleichen der Vergleichsspannung mit der am Kondensator gespeicherten Spannung, und Mittel zur Unterbrechung der Stromversorgung zum Motor, wenn die Ladung am Kondensator die Vergleichsspannung übersteigt, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß
der Motor so ausgelegt ist, daß er jedesmal, wenn er einen Steuerungsimpuls erhält, einen vorbestimmten Winkelabstand durchläuft,
ein zweites Schaltmittel mit dem Motor parallelgeschaltet ist und so ausgelegt ist, daß es nichtleitend ist, wenn das erste Schaltmittel leitet, und umgekehrt, wobei das zweite Schaltmittel auch so ausgelegt ist, daß es den Motor am Ende jedes Steuerungsimpulses kurzschließt,
der Kondensator durch das Lademittel während jedes Betriebes des Motors ladbar ist, wobei die Ladungsmenge jeweils zur Betriebsdauer des Motors proportional ist,
das Mittel zur Erzeugung einer Vergleichsspannung so ausgelegt ist, daß es eine Vergleichsspannung erzeugt, die proportional zu einer vorbestimmten Sicherheits-Zeitdauer jedes Motorbetriebes ist,
das normalerweise offene Gattermittel mit dem Stromkreisunterbrecher in Serie geschaltet ist und so ausgelegt ist, daß es schließt, wenn die Spannung am Kondensator die Vergleichsspannung übersteigt, um zu bewirken, daß sich der Stromkreisunterbrecher selbst zerstört und dadurch den Stromversorgungskreis zum Motor unterbricht.
Ein Schaltkreis zur Verwendung bei Industriefahrzeugen und mit den im Oberbegriff voranstehend erwähnten Merkmalen ist aus WO 87/07541 bekannt.
Ein erfindungsgemäßer Sicherheits-Schaltkreis ist zur Verwendung mit einem Gleichstrommotor bestimmt, der mittels eines herkömmlichen Stromkreisunterbrechers, wie einer Sicherung, mit einer Stromversorgung verbunden ist. Ein Steuerkreis liefert intermittierende Steuerungsimpulse für den Motor. Der Sicherheits-Schaltkreis weist einen Kondensator auf, der durch die Steuerungsimpulse zur gleichen Zeit geladen wird, zu welcher die Impulse an den Motor angelegt werden. Der Kondensator entlädt sich, wenn die Steuerungsimpulse dem Motor nicht zugeführt werden. Eine Vergleichsspannung von vorgewählter Größe wird festgelegt, und Mittel zum Vergleichen der Vergleichsspannung mit der am Kondensator gespeicherten Spannung sind vorgesehen. Wenn infolge eines Versagens des Steuerkreises bewirkt wird, daß der Motor über eine vorbestimmte Zeit hinaus kontinuierlich läuft, so überschreitet die Spannung am Kondensator die Vergleichsspannung. Sollte dies eintreten, so bewirkt das Vergleichsmittel, daß der Stromkreisunterbrecher die Stromversorgung zum Motor unterbricht.
Andere Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die lediglich als Beispiel in der beiliegenden Zeichnung gezeigt ist, ersichtlich, wobei Figur 1 ein Schaltbild zum Betrieb eines Gleichstrommotors für den Antrieb einer peristaltischen Pumpe zur enterischen Ernährung ist.

Detaillierte Beschreibung

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist der Motor bei 10 gezeigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform treibt der Motor 10 eine peristaltische Pumpe zur enterischen Ernährung an. Der Strom für den Motor 10 wird durch eine Standard-Gleichstromversorgung 12 über eine Leitung geliefert, die einen Stromkreisunterbrecher 14, beispielsweise eine 0,5 A-Sicherung, enthält. Der Gleichstrom wird durch normalerweise nicht-leitende MOSFETs 16 und 18 und einen Spannungsregler 20, der geregelte Fünf-Volt- Impulse an den Motor 10 anlegen kann, zugeführt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Motor 10 durch einen Mikroprozessor 21 gesteuert, der unter anderem die Fähigkeit einer Dosissteuerung vorsieht. Die genaue Steuerung des Motors ist nicht Teil dieser Erfindung, weshalb es nur notwendig ist zu wissen, daß der Mikroprozessor 21 ein "Strom eingeschaltet"-Signal auf der Leitung 22 und Motorsteuerungsimpulse auf der Leitung 24 erzeugt. Das "Strom eingeschaltet"-Signal auf der Leitung 22 bewirkt, daß ein Transistor 26 leitet, was wiederum das Gatter G des MOSFET 16 erdet, was bewirkt, daß der MOSFET 16 leitet, so daß der Gleichstrom von der Stromversorgung 12 an die Quellenelektrode des MOSFET 18 angelegt wird.
Wenn der Mikroprozessor 21 einen Impuls auf der Leitung 24 liefert, leitet ein Transistor 28, was das Gatter G des MOSFET 18 erdet, wodurch er veranlaßt wird zu leiten, so daß die Gleichstromquelle an den Spannungsregler 20 und den Motor 10 angelegt wird. Daher beginnt der Motor zu laufen.
Ein MOSFET 30 ist im Motorsteuerkreis parallel zum MOSFET 18 geschaltet. Der MOSFET 30 ist komplementär zum MOSFET 18, d.h. er schließt (leitet), wenn der MOSFET 18 offen (nichtleitend) ist, und umgekehrt. Daher leitet, wenn der Motor nicht läuft, der MOSFET 18 nicht, und der MOSFET 30 leitet. Wenn die Steuerungsimpulse auf den Leitungen 21 bewirken, daß der MOSFET 18 leitet, wird der MOSFET 30 gleichzeitig nichtleitend, so daß der Motor 10 laufen kann. Der Zweck des MOSFET 30 ist, den Motor 10 zwangsweise anzuhalten, wenn der Steuerungsimpuls auf der Leitung 24 endet. Somit schließt, wenn der MOSFET 18 nichtleitend wird, die Leitfähigkeit von MOSFET 30 die Anschlüsse des Motors kurz und bewirkt eine prompte Beendigung der Motordrehung.
Bei normalem Betrieb betreiben die Impulse der Leitung 24 den Motor 10 periodisch, indem sie beispielsweise eine einzelne Umdrehung der peristaltischen Pumpe zur enterischen Ernährung (nicht dargestellt) bewirken, so daß der Patient die gewünschte Dosis erhält. Wenn der Motor 10 infolge einer Fehlfunktion kontinuierlich läuft, wird eine Überdosis bewirkt. Die Erfindung sieht einen Sicherheits-Schaltkreis vor, der durch die Sicherung 14 den Motortreiberkreis unterbricht, wenn der Motor 10 eine vorgewählte Zeitspanne, beispielsweise zehn Sekunden lang, eingeschaltet bleibt, was in der Praxis drei vollständige Umdrehungen des Rotors der peristaltischen Pumpe darstellen kann.
Der erfindungsgemäße Sicherheits-Schaltkreis weist einen Siliziumgleichrichter (silicon controlled rectifier, SCR) 32 und einen Unijunction-Transistor 34 in Verbindung mit einem RC- Kreis, bestehend aus einem Widerstand 36 und einem Kondensator 38, auf. Der SCR 32 ist an die Gleichstromversorgung 12 parallel zum Motor 10 geschaltet und fungiert als normalerweise offenes Gattermittel in Serie mit der Sicherung 14. Ein Widerstand 39 liefert eine Spannung für das Gatter des SCR 32 und verhindert ein falsches Triggern des SCR.
Die Widerstände 40 und 42 sind zwischen Erde und einer Fünf- Volt-Stromquelle zwischengeschaltet, um eine Vergleichsspannung am Gatter G des Unijunction-Transistors 34 zu schaffen. Diese Vergleichsspannung hält den Unijunction-Transistor 34 normalerweise nicht-leitend. Wenn ein Impuls vom Spannungsregler 20 bewirkt, daß der Motor 10 läuft, so fließt ein Strom auch durch den Widerstand 36 zum Kondensator 38 und bewirkt, daß sich der Kondensator auflädt. Wenn die Motorsteuerungsimpulse auf der Leitung 24 aufhören, entlädt sich normalerweise der Kondensator 38 durch die Diode 44 und den MOSFET 30, der beim Fehlen der Steuerungsimpulse geschlossen (leitend) ist. Wenn aus irgendeinem Grund der Motor 10 weiterläuft, bleibt der MOSFET 30 offen (nichtleitend), und daher kann sich der Kondensator 38 nicht entladen, in welchem Fall die Spannung an der Verbindungsstelle des Widerstands 36 und des Kondensators 38 zunimmt.
Damit der Unijunction-Transistor 34 leitet, muß die Spannung an der Anode A größer sein als die Spannung am Gatter G. Wie erwähnt, wird die Gatterspannung durch die Vergleichsspannung an der Verbindungsstelle der Widerstände 40 und 42 erstellt. Wenn sich der Kondensator 38 bis zu einer Spannung, die über dieser Vergleichsspannung liegt, auflädt, so leitet der Unijunction- Transistor 34, was wiederum eine positive Spannung an das Gatter G des SCR 32 anlegt. Dies bewirkt, daß der SCR 32 leitet, und da seine Kathode K geerdet ist, wird von der Stromversorgung 12 ein extrem starker Strom gezogen, der die Sicherung 14 durchbrennt. Dadurch wird die Stromversorgung vom Motor getrennt, welcher daher, unabhängig von beliebigen Ausfällen im Steuerkreis, nicht laufen kann. Durch Wahl der Werte des Widerstands 36 und des Kondensators 38 kann man die Zeit steuern, die notwendig ist, um den Kondensator auf den Bezugspegel zu laden (d.h. die maximal erlaubbare Zeit, während welcher der Motor kontinuierlich laufen kann).

Claims

1. Sicherheits-Schaltkreis in Verbindung mit einem Gleichstrommotor und einem Steuerkreis, wobei der Motor mittels eines Stromkreisunterbrechers mit einer Stromversorgung verbindbar und intermittierend betreibbar ist, und wobei der Steuerkreis ein erstes Schaltmittel (18) zur intermittierenden Übertragung von Steuerungsimpulsen zum Motor; einen Kondensator (38) zur Parallelschaltung mit dem Motor, Mittel zum Laden des Kondensators und Mittel zum Entladen des Kondensators am Ende jedes Steuerungsimpulses, Mittel zur Erzeugung einer Vergleichsspannung, die einen Fehlerzustand anzeigt, Mittel zum Vergleichen der Vergleichsspannung mit der am Kondensator gespeicherten Spannung, und Mittel zur Unterbrechung der Stromversorgung zum Motor, wenn die Ladung am Kondensator die Vergleichsspannung übersteigt, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

der Motor so ausgelegt ist, daß er jedesmal, wenn er einen Steuerungsimpuls empfängt, einen vorbestimmten Winkelabstand durchläuft,

ein zweites Schaltmittel (30) zum Motor parallelgeschaltet ist und so ausgelegt ist, daß es nichtleitend ist, wenn das erste Schaltmittel (18) leitet, und umgekehrt, wobei das zweite Schaltmittel auch so ausgelegt ist, daß es den Motor am Ende jedes Steuerungsimpulses kurzschließt,

der Kondensator durch das Lademittel während jedes Betriebes des Motors ladbar ist, wobei die Ladungsmenge jeweils zur Betriebsdauer des Motors proportional ist,

das Mittel zur Erzeugung einer Vergleichsspannung so ausgelegt ist, daß es eine Vergleichsspannung erzeugt, die proportional zu einer vorbestimmten Sicherheits-Zeitdauer jedes Motorbetriebes ist,

das normalerweise offene Gattermittel zum Stromkreisunterbrecher in Serie geschaltet ist und so ausgelegt ist, daß es schließt, wenn die Spannung am Kondensator die Vergleichsspannung übersteigt, um zu bewirken, daß sich der Stromkreisunterbrecher selbst zerstört und dadurch den Stromversorgungskreis zum Motor unterbricht.

2. Sicherheits-Schaltkreis nach Anspruch 1, worin das Mittel zum Entladen des Kondensators das Gattermittel mit einschließt, welches den Motor kurzschließt, wenn die Steuerungsimpulse wegfallen.

3. Sicherheits-Schaltkreis nach Anspruch 2, worin das Mittel zum Vergleichen einen Unijunction-Transistor aufweist und das normalerweise offene Gattermittel einen mit dem Unijunction- Transistor verbundenen Siliziumgleichrichter aufweist.

4. Pumpe zur enteralen Ernährung mit Gleichstrommotorantrieb, mit einem Motorsteuerkreis, welcher einen Sicherheits- Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.