DE69031684T2 - Elektronisch betätigbare Flüssigkeitsspender - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft elektronisch gesteuerte Fluidspender, insbesondere als Seifenspender im klinischen Bereich, und vor allem einen elektronisch gesteuerten Fluidspender, der einen aseptischen Betrieb erlaubt, selbstbelüftend ist und auf ein in bestimmter Weise konfiguriertes reflektiertes Infrarotsignal reagiert.
• Bei mechanischen Fluidspendern muß der Benutzer den Pumpmechanismus per Hand oder Fuß betätigen. Eine Betätigung per Hand wird als nicht sehr hygienisch angesehen und ist beim Einsatz in medizinischen und zahnmedizinischen Einrichtungen unerwünscht. Der fußbetätigte Fluidspender stellt eine unhandliche Anordnung dar, die mühselig zu bedienen, sperrig und teuer ist. Folglich gibt es einen Bedarf an einem billigen, kompakten und relativ kleinen elektronisch gesteuerten Fluidspender zur universellen klinischen Anwendung in medizinischen und zahnmedizinischen Einrichtungen, wie auch im Industrie- und Handelsbereich.
• Elektronisch gesteuerte Fluidspender sind nicht neu und in begrenztem Umfang gegenwärtig kommerziell erhältlich. Diese kommerziell erhältlichen Spender haben ein kompliziertes Pumpsystem für Fluide mit einer speziell für diesen Zweck konstruierten Pumpe und einer magnetgesteuerten elektromechanischen Anordnung zur Betätigung der Pumpe auf ein optisch detektiertes Signal hin. Ein Elektromagnet verbraucht beträchtliche Energie und muß daher mit Wechselstrom aus einer herkömmlichen Wechselstromquelle angetrieben werden. Der Elektromagnet wird durch eine Fotodetektionsanordnung betätigt, bei der entweder die Unterbrechung eines Lichtstrahls oder die Detektion von innerhalb einer bestimmten Bandbreite ausgesandter Energie beteiligt ist. Der letztgenannte Fotodetektionsmechanismus ist sehr empfindlich gegenüber Streulicht. Zur Vermeidung von Falschbetätigungen, wird das Detektionssystem einfach dadurch für das reflektierte Signal empfindlich gemacht, daß es zur Funktion erforderlich ist, daß der Benutzer oder die Hand des Benutzers sehr dicht an der Lichtquelle positioniert wird. Auch benötigen die Pumpsequenz und der Betriebsmodus relativ viel elektrische Energie zur Abgabe der gewünschten Fluiddosis. Aufgrund ihrer Eigenschaften sind derartige Spender große und sperrige Einheiten, die wesentlich teurer als ihr mechanisches Pendant sind.
• Aus DE-A-35 31 385 ist ein Fluidspender gemäß Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1 bekannt.
• EP-A-0 078 181 beschreibt einen Fluidspender mit einem optischen Steuermechanismus, der auf der Detektion von reflektierten Infrarotlichtimpulsen basiert.
• Das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem ist die Bereitstellung eines zuverlässigeren und weniger energieverbrauchenden, batteriebetriebenen Fluidspenders.
• Dieses Problem wird durch den im vorliegenden Anspruch 1 offenbarten Fluidspender gelöst.
• Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Spenders sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Der erfindungsgemäße elektronische Spender wurde entwickelt, um bei sehr niedriger Leistung zu arbeiten, entweder gespeist durch eine Batterie bei sehr niedrigem Energieverbrauch oder von einer herkömmlichen wechselstromquelle. Das System benutzt einen Drehmotor, der in einer Anordnung mit einer selbstansaugenden, selbstbelüftenden Pumpe und einem herkömmlichen Behälter zur Aufbewahrung des abzugebenden Fluids integriert ist. Der Motor wird durch eine elektronische Steuerschaltung regelbar betätigt, welche eine Fotodetektionsschaltung benutzt, die so konstruiert ist, daß sie nur auf ein reflektiertes Infrarotsignal mit vorbestimmter Konfiguration reagiert. Durch die Integration eines Motorantriebs in eine herkömmliche, mechanisch betätigte, selbstansaugende Pumpe, werden die Kosten des Systems auf einen Bruchteil der Kosten der kommerziell erhältlichen elektronisch gesteuerten Fluidspender reduziert. Außerdem wird durch die Erzeugung eines Lichtimpulses bestimmter Wellenform die kontrollierte Detektion vereinfacht, ohne daß Probleme mit Streulicht auftreten. Die Einfachheit des Systems ist sein einzigartiges Merkmal.
• Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten zeichnungen beschrieben.
• Figur 1 ist eine Stirnansicht des erfindungsgemäßen elektronisch gesteuerten Fluidabgabesystems;
• Figur 2 ist eine Seitenansicht des Fluidspenders der Figur 1, welcher zur Befestigung an einer Wand ausgelegt ist;
• Figur 3 ist eine Stirnansicht entsprechend Figur 1, wobei die Abdeckhaube des Spenders entfernt ist;
• Figur 4 ist eine Schnittdarstellung gemäß Figur 3 entlang der Linie 4-4 in Figur 3;
• Figur 5 ist eine weitere Schnittdarstellung gemäß Figur 3 entlang der Linie 5-5 in Figur 3;
• Figur 6 ist ein Teilschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
• Figur 7 ist ein Blockdiagramm des Systembetriebs des Fluidspenders der Figur 1;
• Figur 8 zeigt eine bevorzugte Wellenform des vom Fotoemitter in Figur 7 ausgesandten Energieimpulses; und
• Figur 9 ist das elektrische Schaltungsschema für das Blockdiagramm der Figur 7.
• Der Fluidspender der vorliegenden Erfindung wird durch die Bezugsziffer "10" bezeichnet und ist, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, eine relativ kleine, leichte, abgeschlossene Einheit mit einem zur Wandmontage vorgesehenen Körper (12) und einem abnehmbaren Deckel (14), der am Körper (12) angelenkt ist. Der Fluidspender (10) kann mittels eines elektrischen Verbindungssteckers (15) mit einer herkömmlichen Wechselstromquelle verbunden werden. Eine Infrarotlichtemittierende Diode (LED) (16) wie sie in den Figuren 3-5 dargestellt ist, erstreckt sich durch einen Schlitz (17) im Deckel (14), um in bestimmten Zeitintervallen Infrarotenergieimpulse auszusenden, wie im folgenden ausführlicher erläutert werden wird. Ein entsprechender Fotoempfänger (18) ist in dem Schlitz (17) neben dem Fotoemitter (16) angeordnet.
• Ein Fluidbehälter (20) ist lösbar in einem Abschnitt (19) des Körpers (12) des Spenders (10) montiert. Der Behälter (20) kann mit einem beliebigen durch den Spender abzugebenden Fluid gefüllt sein, bevorzugt mit einer Desinfektionsseife. Der Behälter (20) ist mit dem oberen Ende (21) aufrecht stehend im Körper (12) angebracht. Eine herkömmliche seibstansaugende Pumpe (22) ist mit dem oberen Ende (21) des Behälters (20) verbunden. Die Pumpe (22) hat eine herkömmliche Konstruktion mit einem Tauchkolben (23), der von einem belüftbaren Pumpenkopf (24) durch ein internes (nicht dargestelltes) Rückschlagventil verläuft. Die Pumpe wird durch Hinabdrücken des Pumpenkopfes (24) betätigt, der den Tauchkolben (23) zur Abgabe von Fluid aus dem Behälter (20) durch das vom Pumpenkopf (24) ausgehende Abflußelement (25) hinabdrückt. Das von der Pumpe (22) während der Abwärtsbewegung abgegebene Fluidvolumen wird mit einem entsprechenden Luftvolumen aufgefüllt, das durch das interne (nicht dargestellte) Pumpenrückschlagventil im belüfteten Pumpenkopf (24) in den Behälter (20) gesaugt wird. Der Pumpenkopf (24) ist federbelastet, so daß der Kopf (24) in seine normale, nicht hinuntergedrückte oder angesaugte Position zurückkehrt, sobald er freigegeben wird. Der Behälter (20) ist bevorzugt ein flexibler Plastikbeutel, der zur Unterstützung der Pumpwirkung expandieren und kontrahieren kann. Die Pumpe (22) ist eine herkömmliche Verdrängerpumpe mit einem internen Kugel-Rückschlagventil, um eine Belüftung durch den Pumpenkopf (24) aus der den Behälter (20) im Inneren des Körpers (12) des Fluidspenders (10) unmittelbar umgebenden Atmosphäre zu ermöglichen.
• Das Abflußelement (25) ist über einen Schlauch (28) angeschlossen, der durch ein herkömmliches Einweg- Rückschlagventil (29) führt, das sich am Ausströmende (31) des Schlauchs (28) befindet. Fluid kann durch das Rückschlagventil (29) nur in eine Richtung abgegeben werden. Daher verhindert das Rückschlagventil (29) während der Aufwärtsbewegung des Tauchkolbens (23) den Rückfluß von Fluid durch den Schlauch (28). Das Rückschlagventil (29) arbeitet mit der selbstansaugenden Pumpe (22) zusammen, um eine Kontamination des Behälters (20) zu verhindern, der somit durch die außerhalb des Spenders (10) herrschenden Bedingungen nicht gefährdet werden kann. Damit wird ein aseptischer Betrieb gewährleistet. Das Einweg-Rückschlagventil (29) ist praktischerweise zwischen dem Fotoemitter (16) und dem Fotoempfänger (18) angebracht, um beide voneinander zu trennen. Eine alternative Anordnung wäre jedoch, den Fotoemitter (16) und den Fotodetektor (18) in separate zylindrische Röhrchen einzusetzen, welche eine Isolation für sie darstellen würden. Auf diese Art und Weise kann Licht nur durch ein reflektiertes Signal detektiert werden, das durch das den Fotodetektor (18) umgebende Röhrchen läuft.
• Der Pumpenkopf (24) weist eine konkave Vertiefung (30) auf, die ihm eine "sattelartige" Geometrie verleiht. Der Behälter (20) und die Pumpe (22) können vorzugsweise ein kommerziell erhältlicher, mechanisch betätigter Fluidspender sein. Dies verringert die Herstellungskosten und erlaubt die Verwendung von austauschbaren Spendern. Außerdem gewährleistet es eine hygienische Benutzung des Behälters (20), da die Pumpe (22) und der Behälter (20) als eine Einheit schnell ersetzt werden können. Erfindungsgemäß wird der Pumpenkopf (24) elektromechanisch unter der Steuerung einer elektronischen Infrarotsteuer- und Sensorschaltung angetrieben, wie in den Figuren 7 und 9 dargestellt ist.
• Ein Drehmotor (32), bevorzugt ein Gleichstrommotor, ist in dem Körper (12) des Fluidspenders (10) montiert. Der Drehmotor (32) weist eine drehbare Welle (33) auf, an der eine exzentrische Nocke (34) angebracht ist. Die exzentrische Nocke (34) ist so positioniert, daß der Nockenfinger (35) den Pumpenkopf (24) direkt berührt und bevorzugt in der "sattelartigen" konkaven Oberfläche (30) liegt. Bei Rotation der Welle (33) fährt der Nockenfinger (35) über die konkave Oberfläche (30) hinweg und sorgt so für eine automatisch gesteuerte lineare Hin- und Herbewegung des Pumpenkopfes (24), was im wesentlichen das mechanische Hinabdrücken des Pumpenkopfes (24) bewirkt. Der Drehmotor (32) wird über Batterien (35) unter Steuerung der in den Figuren 7 und 9 dargestellten elektronischen Infrarotsteuer- und Sensorschaltung angetrieben. Figur 6 stellt eine andere Ausführungsform oder Hilfseinrichtung zum mechanischen Hinabdrücken des Pumpenkopfes (24) durch den Hebel (25) dar.
• Die elektronische Steuerschaltung für den Fluidspender (10) befindet sich auf einer Schaltkarte (38), die herausnehmbar in den Körper (12) des Spenders (10) eingesetzt ist. Ein kurzes Infrarotsignalbündel oder ein Infrarotimpuls wird von dem Fotoemitter (16) durch die Treiberschaltung (42) erzeugt. Die Treiberschaltung (42) verleiht dem Energieimpuls eine bestimmte Wellenform mit kurzer Anstiegszeit, wie in Figur 8 gezeigt ist. Als Energieversorgung für den Fotoemitter (16) und die Treiberschaltung (42) dient eine Batterie (36). Der Fotodetektor (18) reagiert selektiv auf die vom Emitter (16) erzeugten Infrarotimpulse und reagiert über eine Empfängerschaltung (44) zum Betätigen der Treiberschaltung (45) für den Pumpenmotor gleichzeitig auf die Konfiguration der Wellenform der Infrarotimpulse. Die Treiberschaltung (45) für den Pumpenmotor erzeugt ein zeitlich gesteuertes Signal, das eine Relaisschaltung (45) auslöst, die wiederum die Stromversorgung für den Drehmotor (32) regelt.
• Der Drehmotor (32) wird für einen bestimmten Zeitraum betätigt, welcher der Länge des von der Treiberschaltung (45) für den Pumpenmotor erzeugten zeitlich festgelegten Signals entspricht. Der Motor (32) betätigt die Pumpe (22) wie oben bereits erläutert. Die Energieversorgung des Motors (32) erfolgt über eine Batterie (35) oder über eine (nicht dargestellte) Wechselstromquelle. Eine Batterieentladungs- Schaltung (50) betätigt eine LED (52), die eine schwache Batterie anzeigt und eine LED (53), die optisch den Spenderbetrieb anzeigt. Das Aufleuchten der LED (52) liefert einen sichtbaren Hinweis für das Ersetzen der Steuerbattene (36), wenn diese nahezu vollständig entladen sind. Eine Spenderbetriebs-LED (53) leuchtet in dem Zeitraum auf, in welchem der Motor (32) läuft, was einen sichtbaren Hinweis auf einen fehlerfreien elektronischen Betrieb und auf die Versorgung mit Seife in dem Behälter (20) darstellt.
• Die bevorzugte Schaltung für das Blockdiagramm der Figur 7 ist in Figur 9 dargestellt. Der LED-Emitter (16) ist mit der Treiberschaltung (42) verbunden, die aus den Transistoren Q1, Q2 und Q3 besteht. Die Treiberschaltung (42) wird wiederum durch einen Oszillator (43) angetrieben, der aus einem instabilen Multivibrator besteht, der von den Transistoren Q4 und Q5 zusammen mit den Widerständen R4 bis Ril und den Kondensatoren C3 und C4 gebildet wird. Der Oszillator (43) hat eine Frequenz von 0,5 Hz und ist über den Kondensator C2 an die Treiberschaltung (42) gekoppelt. Dadurch sendet der Emitter (16) alle paar Sekunden Impulse (Blitze) aus. Die Pulsbreite ist auf etwa 1 Millisekunde eingestellt und weist eine steile Vorderflanke auf (sehr kurze Anstiegszeit). Das Arbeitsverhältnis des Emitters (16) ist prozentual sehr niedrig, vorzugsweise lediglich 1 % (ein Prozent). Dementsprechend wird durch die Erzeugung der Lichtimpulse nur sehr wenig Energie verbraucht.
• Der Infrarotdetektor (18) ist mit der Empfangsschaltung (44) verbunden, die aus einem Transistor Q11 besteht, der lediglich als Reaktion auf einen detektierten Impuls mit einer schnell ansteigenden Anstiegsflanke arbeitet. Ein richtig detektierter Impuls bewirkt einen ausreichenden Anstieg des von der Basis des Transistors Q11 abgeleiteten Fotostroms durch den Detektor (18), was ein momentanes Abschalten des Tranistors Q11 bewirkt. Dadurch wird am Kollektor des Transistors Q11 ein Impuls erzeugt, der durch den Transistor Q12 verstärkt und über den Kondensator C9 in die Treiberschaltung (45) für die Pumpe geleitet wird. Die Treiberschaltung (45) für die Pumpe besteht aus einer monostabilen Multivibratorschaltung, die von den Transistoren Q13 und Q14 und den Widerständen R26 bis R30 gebildet wird. Bei Triggerung der Pumpenantriebsschaltung (45) erzeugt sie einen Taktimpuls mit bestimmter Dauer. Der Taktimpuls versorgt das Relay 46 mit Strom, so daß die Relaykontakte geschlossen werden, um Strom von der Batterie (35) zur Betätigung des Motors (32) zu liefern. Der Motor (32) wird für einen Zeitraum angetrieben, welcher der Länge des Taktimpulses entspricht.
• Die Batterieentladungsschaltung (50) besteht aus den Widerständen R13 und R14 und den Transistoren Q6, Q7, Q8, Q9 und Q10. Die Widerstände R13 und R14 bilden eine Spannungsteilerschaltung zur überwachung der Spannung der Steuerbattene (36). Wenn die Spannung der Batterie (36) auf etwa 2,5 Volt abfällt, reicht der Spannungsabfall über den Widerstand R14 nicht mehr aus, die Basis-Emitter-Verbindung des Transistors Q6 in Vorwärtsrichtung zu schalten. Dadurch schaltet der Transistor Q6 ab, so daß die Kollektorverbindung auf Batteriespannung ansteigt und über den Transistor Q7 den Transistor Q9 einschaltet. Beim Einschalten des Transistors Q9 leuchtet die LED (52) auf, was auf den schwachen Ladezustand der Batterie (36) hinweist. Eine entsprechende Betriebsschaltung ist für die Pumpenbattene (35) vorgesehen, welche aus den Widerständen R17 und R18 besteht, die ein Spannungsteilernetzwerk bilden und aus dem Widerstand R16 zusammen mit den Transistoren Q10 und Q8.

Claims (11)

1. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem, umfassend ein Gehäuse (12), einen Behälter (20) zum Aufbewahren von aus dem Gehäuse (12) abzugebendem Fluid, welcher mit dem oberen Ende (21) aufrecht in dem Gehäuse (12) angebracht ist, einen an dem oberen Ende (21) mit dem Behälter (20) verbundenen und linear beweglichen Abgabekopf (24) mit einem Abflußelement (25), wobei Fluid beim Hinunterdrücken des Abgabekopfes (24) von dem oberen Ende (21) des Behälters (20) durch das Abflußelement (25) abgegeben werden kann, einen in dem Gehäuse (12) montierten Drehmotor (32), der eine drehbare Antriebswelle (33) aufweist, eine exzentrisch auf der Antriebswelle (33) montierte Nocke (34), und eine elektrische Antriebssteuerschaltung zum Betreiben des Drehmotors (32) bei Detektion eines optischen Signals, wobei die Antriebsschaltung Mittel (16,42) zum Aussenden eines optischen Signals, auf das optische Signal reagierende optische Detektionsmittel (18,44), auf die Betätigung der optischen Detektionsmittel (18,44) reagierende Mittel (45) zur Erzeugung eines Steuersignals und Mittel (46), die den Drehmotor (32) als Reaktion auf das Steuersignal mit Strom versorgen, aufweist dadurch gekennzeichnet

daß die Nocke (34) einen Nockenfinger (35) aufweist, der sich in unmittelbarem physischen Kontakt mit dem beweglichen Abgabekopf (24) befindet, wobei das Steuersignal ein zeitlich abgestimmtes Signal ist, das den Drehmotor während eines bestimmten kurzen Zeitintervalls betreibt; und

daß die Antriebsschaltung das optische Signal außerhalb des Gehäuses aussendet, wobei das optische Signal ein kurzzeitiger Impuls ist, der jeweils einmal innerhalb einiger Sekunden ausgesandt wird und eine bestimmte Wellenform, sowie eine bestimmte konfigurierte Wellenlänge im infraroten Spektrum besitzt, und

daß die optischen Detektionsmittel auf die bestimmte Konfiguration und Wellenlänge des optischen Signals im Infrarotspektrum reagieren, welches zurück in das Gehäuse reflektiert wird.

2. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (20) flexibel ist.

3. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der bewegliche Abgabekopf (24) eine selbstansaugende Pumpe (22) umfaßt, die kombiniert mit dem Behälter (20), abnehmbar in dem Gehäuse (12) angebracht ist.

4. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem gemäß Anspruch 3, wobei die selbstansaugende Pumpe (22) einen von dem Abgabekopf (24) betätigten Tauchkolben (23) und eine Kompressionsfeder aufweist, um den Tauchkolben nach Freigabe des Abgabekopfes in seine Ruheposition zurückzuführen.

5. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem gemäß Anspruch 3, wobei die Abgabeeinrichtung durch mehrere Batterien oder durch eine herkömmliche Wechselstromquelle mit Strom versorgt wird.

6. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem gemäß Anspruch 5, das außerdem einen mit dem Abflußelement (25) verbundenen Schlauch (28) umfaßt, wobei der Schlauch ein offenes Abflußende und ein Rückschlagventil (29) aufweist, das mit dem offenen Abflußende des Schlauchs (28) verbunden ist und die unidirektionale Abgabe von Fluid aus der Abgabeeinrichtung ermöglicht.

7. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei das ausgesandte optische Signal eine schnelle, kurze Anstiegszeit aufweist.

8. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem gemäß Anspruch 7, wobei die Antriebsschaltung ein optisches Signal mit einem sehr niedrigem Arbeitszyklus erzeugt.

9. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem gemäß Anspruch 8, wobei der Arbeitszyklus 1 % beträgt.

10. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem gemäß einem der Ansprüche 7-9, wobei die optischen Detektionsmittel (18,44) auf ein vorhandenes optisches Signal reagieren, dessen führende Kante eine schnelle Anstiegszeit aufweist.

11. Elektronisch gesteuertes Fluidabgabesystem gemäß einem der Ansprüche 8-10, wobei die Mittel (46) um den Drehmotor mit Strom zu versorgen, ein Relaisschaltkreis sind.