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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
grundsätzlich
Ventile, die für
die Kontrolle des Flusses eines Fluids durch eine Leitung verwendet
werden sowie insbesondere Ventile des Typs, worin ein dichtsitzendes
Dichtelement in einem federelastisch deformierbaren Schlauch in
Position gehalten wird, um hiermit eine Dichtung zu bilden.
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Eine Vielfalt an Ventilkonfigurationen
sind ersonnen worden, welche einen Ball benutzen, um das Innere
eines federelastisch deformiebaren Schlauches abzudichten. Der Durchmesser
des Balls wird gewählt,
um geringfügig
größer zu sein,
als der innere Durchmesser des Schlauches, so dass der resultierende Überlappungsbereich
trotz des Fluiddruckes innerhalb des Schlauches in der Lage ist,
eine Dichtung aufrechtzuerhalten. Das Zusammendrücken des Schlauches auf der
Höhe des
Balls verursacht, dass der Schlauch an zwei diametrisch gegenüberliegenden
Punkten gegen den Ball gepresst wird. Eine derartige Deformation
verursacht, dass der Schlauch sich nach außen biegt in den Abschnitten benachbart
zu den komprimierten Bereichen und dadurch zwei Fluiddurchgänge an beiden
Seiten des Balles generiert. Ein Nachgeben des Schlauches ermöglicht es
dem federelastischen Schlauch sich zu entspannen, seine vorherige
Form im Bereich des Balles wieder einzunehmen und die Fluiddurchtritte wieder
zu verschließen,
wodurch der Fluidfluss gestoppt wird.
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In den meisten Fällen existiert eine Notwendigkeit,
den Ball in einer fixierten Position innerhalb des Schlauches zu
halten. Ein Versagen, dies zu tun, kann bewirken, dass der Ball
in dem Schlauch entweder bedingt durch den Druck des Fuids gegen
den Ball oder durch den auf das Äußere des
Schlauches im Bereich des Balls plazierten Druck innerhalb des Rohres
verschoben wird, um einen Durchfluss zu verursachen. Gegen die Außenseite
des Rohres ausgeübter
Druck kann bewirken, dass der Ball vom Druckpunkt weg bewegt wird,
wodurch die Erzeugung eines Fluidweges ausgeschlossen wird, wenn nicht
der Ball am Platz verankert wird. Dieses kann insbesondere ein Problem
bei der Verwendung von einem Schlauch oder Ballmaterialien mit relativ
geringer Reibung darstellen.
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Eine Anzahl an untersechiedlichen
Ansätzen ist
eingesetzt worden in dem Versuch, den Ball in einer bestimmten Position
in dem Schlauch zu halten. Ein solches Beispiel umfasst eine lokalisierte
Zunahme des inneren Durchmessers des Schlauches, um den Ball aufzunehmen,
wobei die benachbarten Abschnitte mit verringertem Schlauchdurchmesser
verhindern, dass der Ball aus seiner Position wandert. In ähnlicher
Weise können
Einsätze,
positioniert auf beiden Seiten des Balls in dem Schlauch, verwendet werden,
um ein Verschieben zu verhindern. Derartige Schlauchweitenvariationen
oder die Verwendung von Einsätzen
kann den Herstellungsaufwand erhöhen und
eine Zunahme des Aufwandes beim Zusammenbau bewirken bedingt durch
die Notwendigkeit, den Ball präzise
in einer bestimmten Position in dem Schlauch zu plazieren.
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In dem medizinischen Gebiet existiert
eine Notwendigkeit für
ein Ventil in einem Fluidverabreichungsapparat, das den Fluss durch
den Apparat, falls erforderlich, stoppen kann. In vielen Fällen ist
ein manuelles Durchflussstopventilgerät vorgesehen, das den Durchfluss
stoppt, den Durchfluss ermöglicht,
oder einen geringeren als den vollen Durchfluss gestattet in Abhängigkeit
der relativen Position der Komponenten des Durchflussstopventilgeräts. Es ist ebenfalls
wünschenswert,
dass ein derartiges Durchflussstopgerät für eine Manipulation durch den
Bediener verfügbar
ist, so dass die Verabreichungsapparatur schnell von Luft entleert
werden kann vor dem Einsatz beim Patienten, indem der freie Durchfluss
des medizinischen Fluids durch die Apparatur gestattet und ein derartiger
Durchtritt dann gestoppt wird, so dass die Verabreichung an den
Patienten in einer kontrollierten Weise durchgeführt werden kann.
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Ein derartiges Gerät kann selbst
dann erforderlich sein, wenn die Apparatur mit einer Peristaltikpumpe
verwendet wird, die stets zumindest einen Abschnitt des Schlauches
während
des Pumpprozesses abgetrennt hält.
Sowohl vor wie auch hinter einer Verbindung mit der Peristaltikpumpe
kann ein Durchflussstopgerät
effektiv eingesetzt werden. Vor einer Verbindung mit dem Patienten
kann das Durchflussstopgerät
mit dem Schlauch verbunden sein, um den freien Durchfluss des Fluids
zu verhindern und kann dann zeitweilig gelöst werden, um die Apparatur,
wie bereits erwähnt,
von Luft zu entleeren. Nachdem der Pumpvorgang beendet ist, kann
das Durchflussstopgerät
wieder verbunden werden, um den freien Durchfluss des Fluids zu
dem Patienten nach dem Entfernen der Apparatur von der Pumpe zu
verhindern.
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Eine automatisch schließende Konfiguration ist
kürzlich
veröffentlicht
worden, worin das auf einem Stieluntersatz geformte verschließende Ballelement fest
mit einem Zubehörteil
der Verabreichungsapparatur, die selber wiederum immobilisiert ist,
verbunden ist. Das Zubehörteil
wird aufgenommen in einer Montageklammer in einer Peristaltikpumpe
in einer von dem Peristaltikmechanismus seitlich verschobenen Position
sowie stromaufwärts
von dem Peristaltikmechanismus. Wenn der Peristaltikmechanismus den
Schlauch ergreift, wird der Schlauch zu einer Seite des Balles gestreckt,
wodurch eine Seite der inneren Wand des Schlauches von dem Ballelement weggezogen
wird, um einen Fluidweg zu erzeugen. Bei normaler Vorgehensweise
wird der Schlauch zu einer Seite des Verschlusselements durch den
Peristaltikpumpmechanismus gestreckt gehalten. Eine derartige seitliche
Verschiebung dient dazu, das Ventil in seiner offenen oder Durchflussposition
zu halten, während
das Befreien des Schlauches von dem Pumpmechanismus dem Schlauch
ermöglicht,
sich zu entspannen und erneut mit dem Ball abzudichten, wodurch
das Ventil und der Fluiddurchfluss unterbunden werden.
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Die obigen Anordnungen leiden an
einigen Nachteilen. Zum Beispiel kann, wenn die Balldichtungsvorrichtung
stromaufwärts
lokalisiert ist und der Durchfluss durch diese durch seitlichen
Zug ermöglicht
wird, die Fehlplazierung des Schlauches in dem peristaltischen Mechanismus
in einem seitlichen Zug resultieren, der das Ventil öffnet, jedoch
kann es sein, dass der peristaltische Mechanismus nicht vollständig den
Schlauch unter dem Ventil verschließt, so dass ein unkontrollierter
Fluss zu dem Patienten resultiert. Außerdem wird sich das Ventil
nicht öffnen und
die Pumpe nicht in der Lage sein, Fluid zu liefern, falls Toleranzen
nicht korrekt kontrolliert werden und der Ball zu groß oder der
innere Durchmesser des Schlauches zu klein gemacht ist.
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Die oben beschriebenen Ventilkonfigurationen
sind in einer Vielzahl von Anwendungen enthaltend medizinische Vorrichtungen
eingesetzt worden, wie z. B. Bluttestinstrumente, Drainagebeutel,
IV-Apparate und Peristaltikpumpen. Jede Anwendung erfordert jedoch
die fortwährende
Bedienung des Ventils durch einen Operator oder dessen fortwährende Wechselwirkung
mit einer relativ komplexen externen Vorrichtung, wie z. B. einer
Peristaltikpumpe, um den Fluidfluss durch das Ventil aufrechtzuerhalten.
Bei einigen Anwendungen würde
es wünschenswert
sein, das Ventil in dessen geöffnetem
Zustand ohne das Erfordernis einer solchen komplexen Wechselwirkung
setzen zu können.
Es mag besonders vorteilhaft sein, über ein derartiges Durchflusskontrollventil zu
verfügen,
das üblicherweise
geschlossen ist, jedoch sich automatisch während des Betriebs einer Peristaltikpumpe öffnet und
das sich automatisch schließt,
wenn die Pumpe den Betrieb stoppt oder wenn der Schlauch in der
Pumpe fehlpla ziert ist. Sollte die Verabreichungsapparatur zufälligerweise
nicht ordentlich verbunden sein oder entkoppelt werden von dem Peristaltikpumpenmechanismus,
würde das Ventil
sich automatisch schließen,
dadurch einen Zustand eines freien Flusses unterbindend. Sollte
der Pumpenbediener in ähnlicher
Weise die Verabreichungsapparatur von der Peristaltikpumpe entfernen,
bevor eine stromaufwärts
vorliegende Durchflussstopvorrichtung verschlossen ist, würde das Ballventil
sich automatisch schließen,
dadurch einen freien Durchfluss unterbindend. Sollte schließlich die Verabreichungsapparatur
nicht mehr mit der Pumpe abgestimmt sein oder sollte einer der Peristaltikfinger versagen,
den Durchflussweg während
seines Einsatzzykluses vollständig
zu verschließen,
sollte das Durchflusskontrollventil den freien Durchfluss von Fluid
verhindern.
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Frühere Ventile vom Ball-Typ sehen
keine Mittel vor, um das Ventil anders als durch manuelles Zusammendrücken des
Schlauches im Bereich des Balls zu öffnen, was den Nachteil hat,
dass fortwährende
Manipulation durch den Bediener erforderlich ist, um das Ventil
geöffnet
zu halten. Des Weiteren mag weder das Zusammendrücken des Schlauches, um das
Ventil zu öffnen,
noch der Schritt des manuellen seitlichen Ziehens des Schlauches,
während der
Ball stationär
gehalten wird, eine leichte Aufgabe darstellen. Ein Ventil vom Ball-Typ,
das bewirkt, dass dem Bediener ermöglicht wird, das Ventil mit
geringer Kraft und ohne fortwährende
Manipulation zu öffnen, ist
daher wünschenswert.
Beschäftigtes
Pflegepersonal würde
eine Ventilkonfiguration bevorzugen, deren Auslösung einfach zu bedienen ist.
Da ferner das Ventil keine signifikante Einschränkung darstellen soll, wenn
in der Verabreichungsapparatur in Position installiert, ist es wünschenswert,
den Durchfluss hierdurch zu maximieren.
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Die WO 95/480 offenbart ein Sicherheitsventil
zur Verbindung in einem Abschnitt eines Rohres zwischen einer medizinischen
Infusionspumpe und einem Patienten. Das Sicherheitsventil ist normalerweise
geschlossen, um den freien Fluss von Flüssigkeit von einem Flüssigkeitsreservoir
stromaufwärts der
Infusionspumpe zu verhindern, es wird jedoch automatisch geöffnet, wenn
durch die Pumpe ein vorbestimmter Minimaldruck auf die Flüssigkeit
ausgeübt
wird. Das Sicherheitsventil ist ebenfalls manuell deformierbar,
um das Ventil zu öffnen
und um ein Vorpumpen der Apparatur zu gestatten. Das in diesem Dokument
offenbarte Sicherheitsventil ist jedoch nicht vom oben diskutierten
Ball-Typ und ist ferner nicht wirksam, um eine korrekte Ventilbedienung
zur Verfügung
zu stellen, wenn das Rohr in der unmittelbaren Nachbarschaft des
Ventils gebogen oder verdreht wird.
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Demgemäß haben die Sachleute die Notwendigkeit
für ein
Ventil erkannt, das in der Konstruktion einfach und kostengünstig ist,
das einfach einzusetzen ist und das sowohl in einem kontinuierlichen Offen-Zustand
als auch in einem automatischen Geschlossen-Zustand einsetzbar ist.
Die vorliegende Erfindung erfüllt
diese und andere Notwendigkeiten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Ventil zur Verfügung
gestellt zur Verwendung mit einem Gerät zur intravenösen Fluidverabreichung,das einem
Kopfdruck und einem Pumpdruck ausgesetzt ist, wobei der Pumpdruck
höher als
der Kopfdruck ist, wobei das Ventilumfasst:
ein Gehäuse, in
dem eine Durchgangsöffnung
zum Durchleiten eines Fluids ausgebildet ist;
eine elastisch
verformbare, an dem Gehäuse
so angebrachte Verschlauchung, dass sie in Fluidverbindung mit der
Durchgangsöffnung
steht, wobei die Verschlauchung einen Innen- und Außendurchmesser besitzt;
ein
Dichtelement mit einer in der Verschlauchung positionierten Dichtfläche, die
so bemessen ist, dass sie an der Verschlauchung anliegt und eine
Abdichtung aufrechterhält,
wenn die Verschlauchung mit einem Innendruck unterhalb eines Aufbrechdruckes
beaufschlagt wird, wobei der Aufbrechdruck höher als der Kopfdruck und niedriger
als der Pumpdruck ist; dadurch gekennzeichnet, dass
die Dichtfläche rund
ist und das Dichtelement am Gehäuse
mittels einer fest in der Durchgangsöffnung aufgenommenen Stange
angebracht ist.
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Vorzugsweise verfügt die Stange über eine äußere Oberfläche enthaltend
eine longitudinale Nut, die eine Tiefe aufweist, so dass Flüssigkeit
um die Stange herum fließen
kann.
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Vorteilhafterweise umfasst die Stange
zwei orthogonale Achsen, wobei eine erste Achse so ausgebildet ist,
dass sie der Stange geringere Flexibilität verleiht als sie die dazu
orthogonale Achse besitzt, wenn sie einer längs der ersten Achse wirkenden Kraft
unterworfen wird.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Stange
einen größeren Querschnitt
in der Richtung der ersten Achse, um dadurch geringere Flexibilität als in
der dazu orthogonalen Achse zuzulassen.
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Bevorzugt ist das Dichtelement stromaufwärts zum
Gehäuse
positioniert.
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Vorteilhafterweise hat das Gehäuse ein
so gestaltetes Äußeres, dass
es nach Aufnahme in einer in einer Peristaltikpumpe angeordneten
Klammer unbeweglich gemacht ist.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Ventil
ferner ein Betätigungselement
mit zwei einander gegenüberliegenden
parallelen Flächen,
die mit einem Abstand beabstandet sind, der geringer ist als der
Außerdurchmesser
der Verschlauchung und größer als der
Durchmesser der Dichtfläche,
wobei das Betätigungselement
so gestaltet ist, dass es an der Verschlauchung derart abnehmbar
angebracht werden kann, dass die einander gegenüberliegenden Flächen die
Verschlauchung gegen die Dichtfläche
angepresst sein lassen.
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Bevorzugt ist das Betätigungselement
so gestaltet, dass es während
es an der Verschlauchung angebracht ist, an das Gehäuse eingreift.
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Vorteilhafterweise ist das Betätigungselement
symmetrisch, um in zwei unterschiedlichen Ausrichtungen an der Verschlauchung
anbringbar zu sein.
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Zweckmäßigerweise ist das Betätigungselement
an dem Gerät
zur intravenösen
Fluidverabreichung permanent angebracht.
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Bevorzugt ist das Betätigungselement
stromabwärts
von dem Gehäuse
an dem Gerät
zur intravenösen
Fluidverabreichung angebracht.
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Vorteilhafterweise weist das Betätigungselement
eine darin ausgebildete Nut auf, die zur Aufnahme einer einen Teil
des Geräts
zur intravenösen
Fluidverabreichung bildenden Leitung dimensioniert ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Ventil vom Ball-Typ zur Verfügung,
das sich normalerweise in der Fließstop-Konfiguration befindet,
das sich jedoch automatisch öffnet,
wenn es einer vorausgewählten
Größe an internem
Fluiddruck ausgesetzt wird. Alternativ ist das Ventil derart betätigbar,
dass ein kontinuierlicher, vollständig geöffneter Zustand aufrechterhalten
wird, ohne die Notwendigkeit, das Ventil manuell zusammenzudrücken oder
das Ventil einem vorausgewählten
Druck auszusetzen.
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Das Ventil enthält bevorzugt ein im wesentlichen
starres Gehäuse,
an das eine federelastisch deformierbare Verschlauchung angebracht
ist. Ein Dichtelement ist an dem Gehäuse angebracht und erstreckt
sich in die Verschlauchung, wo seine Dichtfläche an der Innenwand der Verschlauchung
anliegt, um eine Dichtung zu bilden. Der Außendurchmesser der Dichtfläche, der
Innendurchmesser der Verschlauchung und die Federelastizität der Verschlauchung
werden in der Weise gewählt,
dass die Anwendung einer vorausgewählten Größe eines internen Fluiddruckes
oder „Aufbrechdruckes"
erforderlich ist, um die Verschlauchung hinreichend zu expandieren, damit
der Fluidfluss um das Dichtelement und folglich durch das Ventil
ermöglicht
wird. Ein solcher Aufbrechdruck wird vorausgewählt, um größer zu sein als der maximale,
in der Verschlauchung durch ein erhöhtes Fluidreservoir, das mit
der Verschlauchung verbunden ist, erzeugte Kopfdruck, jedoch geringer als
der durch einen Fluidpumpmechanismus, der oberhalb des Ventils in
die Verschlauchung eingreift, erzeugt wird.
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Das Ventil kann alternativ in seiner
vollständig
offenen Position gehalten werden mit der Verbindung eines Auslöserelements
an der Verschlauchung im Bereich des Dichtelements. Ein derartiges Auslöserelement
enthält
zwei sich gegenüberliegende
Flächen,
die über
einen Abstand getrennt sind, der geringfügig größer ist als der äußere Durchmesser
der Dichtfläche,
jedoch geringer als der äußere Durchmesser
der Verschlauchung. Die Positionierung des Auslöserelements um die Verschlauchung benachbart
zu dem Gehäuse
erzeugt Druck auf die Verschlauchung an zwei Punkten an gegenüberliegenden
Seiten des Dichtelements, um die Verschlauchung zu deformieren und
das Ventil zu öffnen.
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Die äußeren Flächen des Gehäuses können gestaltet
sein für
die Aufnahme in einer Montageklammer in z. B. einer Peristaltikpumpe
stromabwärts von
dem Pumpsegment. Die Montageklammer hält das Gehäuse in Bezug zu dem Pumpmechanismus in
einer festen Position. Das Auslöserelement
kann direkt angebracht sein an dem oder angebunden sein an der N-Verschlauchung weiter
stromabwärts,
so dass der Auslöser
auf einfache Weise manövriert werden
kann, um so mit der Verschlauchung im Bereich der Dichtfläche eine
Verbindung einzugehen. Alternativ kann das Auslöserelement auch an anderen
Positionen angebracht sein, so dass es, wenn benötigt, auf einfache Weise gefunden
und eingesetzt werden kann. Das Dichtglied wird durch eine Stange in
Position gehalten, die starr mit dem Dichtglied verbunden ist und
in einer Durchgangsöffnung
des Gehäuses
verankert ist. Die Oberfläche
der Stange und/oder ihr Ankerabschnitt können gefurcht sein, um daran
den Fluss von Fluid zu gestatten.
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Gemäß einem anderen-Aspekt wird
das Gehäuse
derart in Relation zu dem Pumpmechanismus positioniert, dass, wenn
die Verschlauchung in dem Pumpmechanismus montiert wird, sie in
Bezug auf das Dichtelement seitlich gezogen wird, wodurch der Aufbrechdruck
verringert wird, während
der Aufbrechdruck über
dem maximalen Kopfdruck gehalten wird, der in der Verschlauchung
durch ein erhöhtes Fluidreservoir,
das mit der Verschlauchung verbunden ist, erzeugt wird. Gemäß einem
detaillierteren Aspekt wird die Ventilstange derart ausgewählt, dass sie
steif ist und sich nicht signifikant verbiegt, wenn die Verschlauchung
in dem Pumpmechanismus seitlich gezogen wird. Diese Steifheit der
Stange hält
das Dichtelement in einem Winkel zu der Verschlauchung, welche nun
durch den Pumpmechanismus seitlich gebogen wird und wodurch ein
verringerter Aufbrechdruck resultiert.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt
ist die an dem Dichtelement angebrachte Stange derart geformt, dass
sie in einer Achse flexibler als in der anderen ist. Diese erhöhte Flexibilität in einer
Achse bewirkt, dass die Dichtung zwischen dem Dichtelement und der
flexiblen Verschlauchung aufrechterhalten wird, wenn das Ventil
während
seiner Montage in einer Peristaltikpumpe einem Beugedruck in dieser Achse
ausgesetzt wird. Die Stange wird sich etwas verbiegen, um dazu zu
neigen, sich nach der longitudinalen Achse der Verschlauchung auszurichten, wenn
diese während
des Montiervorgangs verbogen wird, wodurch die Dichtung aufrechterhalten
wird.
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Diese und andere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform offensichtlich werden,
die zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen die Grundzüge der Erfindung
exemplarisch veranschaulichen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
eine Querschnittsansicht einer Ventilapparatur dar, beinhaltend
Prinzipien der vorliegenden Erfindung, in der das Ventil sich in
geschlossenem Zustand befindet;
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2 stellt
eine stark vergrößerte perspektivische
Ansicht des Dichtelements dar, enthaltend die Stange und den Ankerabschnitt;
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2a stellt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2a-2a von 2 dar;
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2b stellt
eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Dichtelements dar;
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3 stellt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 von 1 dar, wobei das Ventil in geschlossenem
Zustand, in dem die Verschlauchung das Dichtelement dichtend umgibt,
gezeigt wird;
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4 stellt
eine Querschnittsansicht ähnlich der
gemäß 3 dar, wobei das Ventil
in seinem offenen Zustand, wenn der interne Fluiddruck den Aufbrechdruck
des Ventils übersteigt,
gezeigt wird;
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5 stellt
eine Querschnittsansicht eines Ventils mit einem Auslöserelement
dar in einer Position, um das Ventil für Fluiddurchfluss zu öffnen;
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6 stellt
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
einer Ausführungsform
eines Auslöserelements
dar, um das Ventil in seinem offenen Zustand zu halten;
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7 stellt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 von 5 dar, wobei die Wechselwirkung des Auslöserelements
mit der Verschlauchung gezeigt wird, um Fluidwege entlang dem Dichtelement
zu bilden;
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8 stellt
eine Querschnittsansicht einer Ventilapparatur der vorliegenden
Erfindung im Einsatz in einer Peristaltikpumpe dar, wobei das Gehäuse durch
eine Klammer immobilisiert und die Verschlauchung in Relation zu
der Stange und dem Dichtelement seitlich verschoben gezeigt wird,
um die Pumpfinger zu umschließen;
und
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9 stellt
eine perspektivische Ansicht dar, die eine Ventilapparatur zeigt,
die in einer mittels Schwerkraft befüllten Konfiguration verwendet
wird, wobei das Ventil ausgelöst
wird zu der Fließkonfiguration
durch Verbindung mit dem Auslöserelement.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungs
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Die Abbildungen zeigen generell die
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und veranschaulichen ihre Vielseitigkeit,
insbesondere wenn in Linie in einem IV-Gerät eingesetzt. Das Ventil ist
extrem einfach und kostengünstig
zu konstruieren. Weiterhin ist es einfach zu gebrauchen und ist
in zumindest zwei unterschiedlichen Bedienmodi auslösbar.
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1 stellt
eine Querschnittsansicht dar, die das Ventil 12 in seinem
geschlossenen Zustand zeigt. Ein starres, im wesentlichen zylindrisches
Gehäuse 14 verfügt über eine
darin ausgebildete Durchgangsöffnung 16,
um den Fluidfluss dorthin zu gestatten. Die äußere Fläche des Gehäuses enthält einen erhöhten Kragen 20,
welcher eine Fläche
zur Immobilisierung des Gehäuses
zur Verfügung
stellt, während
die flexible Verschlauchung 22 durch Aufnahme an einem
Abschnitt mit verringertem Durchmesser 18 mit dem Gehäuse verbunden
wird. Man kann sich auf eine Überlagerungspassform
verlassen, um die Verschlauchung in dem Abschnitt mit verringertem
Durchmesser am Platz zu halten, allerdings kann zusätzlich ein
Haftmittel verwendet werden.
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Ein sphärisches Dichtelement 24,
stark vergrößert gezeigt
in 2, ist in der Verschlauchung 22 angeordnet
und wird durch eine Stange 26 in Position gehalten, die
mit dem Gehäuse
durch einen Ankerabschnitt 28 verbunden ist. Der Durchmesser
des sphärischen
Dichtelements wird ausgewählt,
um groß genug
zu sein, um an der Innenwand der Verschlauchung mit seiner Dichtfläche mit
ausreichender Kraft anzuliegen, um eine Dichtung, wie in 3 gezeigt, zu bilden. Ferner
wird dieser Durchmesser des weiteren derart ausgewählt, dass
ein vorausgewählter, durch
Fluid in der Verschlauchung ausgeübter „Aufbrechdruck" erforderlich
ist, um den Durchmesser der Verschlauchung hinreichend zu expandieren,
damit der Fluidfluss entlang der Dichtfläche ermöglicht wird.
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Der Ankerabschnitt ist derart dimensioniert, um
eine Überlappungspassform
mit dem Gehäuse bei
Einführung
in die Durchgangsöffnung
zu bilden und kann ebenfalls durch ein Haftmittel in Position gehalten
werden. Longitudinale, auf dem Äußeren der
Stange und des Ankerabschnitts gebildete Nuten 30 sorgen
für Fließwege, die
eine Fluidkommunikation der Durchgangsöffnung mit dem Verschlauchungslumen
herstellen. Der vergrößerte Bereich 27, entgegengesetzt
zu dem Ankerabschnitt 28, erleichtert den Zusammenbau des
Ventils da durch, dass es bewirkt, dass die Stange bei Einführung in
die Durchgangsöffnung
aus der Unterseite hervortritt.
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2a stellt
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Stange 26 dar.
In der gezeigten Ausführungsform
ist die Stange generell unflexibel, insofern als sie aus einem relativ
festen Material gebildet ist. Sie verfügt über vier Nuten 30,
wobei jede in Form und Größe mit der
anderen übereinstimmt. Die
orthogonalen Achsen 29 und 31 sind vorzugsweise
gleich. Da die Stange relativ starr ist, wird sie nicht signifikant
verbogen, wenn die Verschlauchung relativ zu dem sphärischen
Dichtelement seitlich gezogen wird während der Einwirkung einer
Pumpe, die auf die Verschlauchung einwirkt. Dieses seitliche Ziehen
oder Verbiegen der Verschlauchung wird daher einen geringeren Aufbrechdruck
des Ventils zur Folge haben.
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2b zeigt
einen Querschnitt einer alternativen flexibleren Ausführungsform
der Stange 26b. In diesem Fall wird die Stange aus einem
federelastischeren Material gebildet. Diese Materialwahl wird den
Vorteil haben, dass die Stange dazu neigen wird, entlang einer Achse 29 sich
zu verbiegen, so dass die Stange der longitudinalen Achse der Verschlauchung
folgen kann, wenn sie während
der Installation oder Montierung der Verschlauchung und des Ventils in
einer Peristaltikpumpe für
den Betrieb verbogen wird. Wie unten beschrieben wird, kann eine
nicht entlang der Achse wirkende Kraft auftreten, die bewirkt, dass
die Verschlauchung in Relation zu dem Ball verbogen wird, wenn das
Ventil in der Pumpe montiert wird. Falls die Stange sich ebenfalls
nicht verbiegt, wird der Aufbrechdruck verringert werden. Falls
der Aufbrechdruck bedingt durch das Verbiegen genug verringert wird,
kann sich das Ventil öffnen
und etwas Fluid von stromaufwärts
das Ventil passieren oder durchsickern. Dieses ist einunerwünschtes
Ereignis im Fall gewisser hochwirksamer Arzneimittel. Gemäß der Auführungsform
gezeigt in 2b wird für die Stange
ein federelastischeres Material verwendet und es wird dazu neigen,
sich entlang der Achse 29 mit der Verschlauchung zu verbiegen, wenn
sie in der Pumpe montiert werden. Da die Stange sich mit der Verschlauchung
verbiegt, wird der Aufbrechdruck auf seinem gewünschten Niveau aufrechterhalten
und Leckage wird nicht auftreten.
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Es bleibt jedoch wünschenswert,
während des
Betriebs des Ventils durch einen Peristaltikmechanismus einen geringeren
Aufbrechdruck in der orthogonalen Achse 31 zu haben, wie
nachfolgend detaillierter beschrieben werden wird. Um in dieser
Achse 31 den Aufbrechdruck zu verringern, wird die Stange
mit einer größeren Menge
an Material in dieser Achse gebildet, wie in 2b gezeigt, wodurch eine erhöhte Steifheit
in dieser Achse 31 resultiert. Die Stange wird sich nicht
mit der Verschlauchung verbiegen, wenn die Verschlauchung durch
den Peristaltikmechanismus während
des Betriebs seitlich gezogen wird, und der Aufbrechdruck wird sich
demzufolge verringern.
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5 und 7 veranschaulichen das Ventil 12 der
vorliegenden Erfindung mit dem Auslöserelement 32 am Platz.
Das Auslöserelement,
perspektivisch dargestellt in 6,
enthält
eine longitudinale Nut 34 mit rundem Querschnitt, die generell
in Bezug auf den Durchmesser mit dem Durchmesser der Verschlauchung,
wie an dem Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 18 des
Gehäuses 14 erhalten,
korrespondiert. Nahe dem Zentrum des Auslöserelements befindet sich ein
Abschnitt 36 mit reduziertem Querschnitt. Der Zentralabschnitt
umfasst eine generell quadratische Nut, wobei die Lücke zwischen
entgegengesetzten Oberflächen 38 und 40 geringer
ist als der äußere Durchmesser
der federelastisch deformierbaren Verschlauchung 22 in
ihrem entspannten Zustand, jedoch größer als der Durchmesser der Dichtfläche 24.
Die entgegengesetzte Seite des Auslöserelements verfügt über eine
darin gebildete zweite Nut 42, ebenfalls mit rundem Querschnitt,
die eine Größe aufweist,
um die Verschlauchung des N-Geräts aufzunehmen.
Das Auslöserelement
ist symmetrisch in Bezug auf seine Enden, so dass es durch das Ventilelement
in beiden Orientierungen aufgenommen werden kann.
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Verschiedene Materialien können für die Konstruktion
der Ventilapparatur 12 der vorliegenden Erfindung verwendet
werden. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Ventilgehäuse 14 gegossenes
Polyvinylchlorid, das sphärische Dichtelement 24,
die Stange 26 und der Ankerabschnitt 28 umfassen
einen einstöckigen
Guss aus ABS-Harz und das Auslöserelement 32 umfasst
gegossenes CYROLITE G-20. Ein angemessenes Maß an Deformierbarkeit und Federelastizität wird in
die Verschlauchung 22 eingebracht durch Verwendung von
extrudiertem Silikongummi. Für
die in 2b gezeigten
flexibleren Ausführungsformen
werden das Dichtelement 24, die Stange 26 und
der Ankerabschnitt 28 vorzugsweise aus einem höchst federelastischen
Material, wie z. B. Styrol-Butadien-Copolymere gebildet.
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Wie in 3 gezeigt,
ist das Ventil geschlossen, wenn der Fluiddruck in der Verschlauchung
unter dem Aufbrechdruck liegt und das Auslöserelement 32 an dem
Dichtelement fehlt. Die Überlappungspassform
zwischen dem Dichtelement 24 und der Verschlauchung 22 dient
dazu, eine Dichtung zu bilden und diese Dichtung aufrechtzuerhalten,
wenn einem maximalen Kopfdruck ausgesetzt, der durch eine Verabreichungsapparatur
darauf ausgeübt
würde,
wie z. B. durch eine schwerkraftgetriebene Verabreichungsapparatur.
Wenn der Druck in der Verschlauchung stromaufwärts des Ventils den Aufbrechdruck übersteigt,
expandiert der Schlauch zu einem Durchmesser, der größer ist
als das Dichtelement 24, und Fluid kann frei zwischen dem
Dichtelement 24 und der Innenseite der Verschlauchung fließen, wie
in 4 gezeigt.
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Die Ventilkonfiguration der vorliegenden
Erfindung macht von zwei unterschiedlichen Betriebsarten Gebrauch,
einem manuellen und einem automatischen. In der manuellen Betriebsart
wird das Auslöserelement 32 derart
auf die Verschlauchung 22 aufgezogen, dass der Abschnitt
mit reduziertem Durchmesser 36 im Bereich des Dichtelements 24 positioniert
ist, wie in den 5 und 7 gezeigt.
Gemäß 5 ist das Auslöserelement 32 über die
Verschlauchung 22, das Dichtelement 24 und partiell über das
Gehäuse
geschoben worden. Der reduzierte Durchmesserabschnitt 36 des
Auslöserelements 32 verfügt über eine
derart gewählte
Länge,
dass, wenn das Auslöserelement
geschoben würde
bis Kontakt hergestellt wäre
zwischen dessen reduziertem Durchmesserabschnitt 36 und
dem reduzierten Durchmesserabschnitt 18 des Gehäuses, der
reduzierte Durchmesserabschnitt 36 des Aulöserelements über dem
Dichtelement 24 sein und Durchfluss stattfinden würde. Dieses
erleichtert es sehr zu wissen, wann das Auslöserelement in der korrekten Position
ist, um Durchfluss zu bewirken, da der Bediener es nur auf die Verschlauchung über dem
Gehäuse
montieren und es zu dem Gehäuse
zu schieben braucht, bis es stoppt.
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Wie in 7 wiedergegeben,
bewirkt das Auslöserelement,
dass Druck auf die Verschlauchung an zwei diametral entgegengesetzten
Punkten 42 ausgeübt
wird, was wiederum bewirkt, dass sich die Verschlauchung deformiert
und zwei Fluidwege 44 auf beiden Seiten des Dichtelements
bildet (7). Das Ventil befindet sich
demgemäß in seinem
offenen Zustand und verbleibt in diesem Zustand, bis das Auslöserelement 32 entfernt
wird. Diese Betriebsart wird verwendet, um ein IV-Gerät vor der
Infusion von Luft zu befreien oder um Fluid mittels Schwerkraftbeschickung
zu verabreichen. Wie in 9 gezeigt,
kann das Ventil verwendet werden, um den Fluss an Fluid durch eine
IV-Apparatur 50 zu kontrollieren.
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In einer Ausführungsform ist das Auslöserelement 32 permanent
stromabwärts
von dem Ventil an der IV-Apparatur angebracht durch Aufnahme der IV-Linie
in der zweiten Nut 42. Die Nut ist klein genug, um die
Verschlauchung zu greifen, so dass sich das Auslöserelement sich nicht abwärts der
Verschlauchung verschiebt, jedoch kann auch ein Haftmittel eingesetzt
werden, um es am Platz zu halten. Die Verwendung eines Haftmittels
würde für eine größere Sicherheit
sorgen, dass das Auslöseelement
nicht verloren gehen wird und dann nicht verfügbar wäre, wenn benötigt. Durch
Ausbildung einer Schlaufe 51 wird die Nut 34 mit
dem Ventil 12 ausgerichtet, um dem Abschnitt mit reduziertem
Durchmesser zu gestatten, auf die Verschlauchung im Bereich des
Ventilgliedes 24 gezwängt
zu werden. Dieses dient dazu, das Ventil ohne weitere oder kontinuierliche
Manipulation offen zu halten.
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Das Ventil funktioniert in seiner
automatischen Betrtebsart, ohne irgendeine Hardware zu nutzen, vermittels
des in Bezug zu dem inneren Durchmesser der deformierbaren Verschlauchung 32 und zu
der Federelastizität,
dieser Verschlauchung sorgfältig
ausgewählten
Durchmesser der Dichtfläche. Wenn
der interne Fluiddruck erhöht
wird, nimmt der Durchmesser der Verschlauchung in Reaktion darauf zu.
Wenn der Aufbrechdruck erreicht wird, trennt sich die innere Fläche der
Verschlauchung von der Dichtfläche,
um Fließwege 46 dort
herum zu bilden, wie in 4 gezeigt.
Die Abnahme des Fluiddrucks unter den Aufbrechdruck gestattet es
der Verschlauchung, sich zu entspannen und eine Dichtung gemäß 3 herzustellen.
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8 veranschaulicht
ein Ventil 12 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, installiert in Linie in einem IV-Gerät 50 und
manipuliert durch eine lineare Peristaltikpumpe 52. Die
Pumpe dient dazu, den Fluidfluss von dem erhöhten Reservoir 53 zu
dem Patienten 55 zu bemessen. Die in dem Pumpengehäuse gebildete
Montierklammer 54 kooperiert mit dem Kragen 20 des
Ventilgehäuses, um
das Ventilgehäuse 14 zu
immobilisieren, während eine
Passform 56, stromaufwärts
installiert in Linie in dem IV-Gerät, in ähnlicher Weise durch eine Klammer 58 immobilisiert
ist. Eine derartige Installation setzt die Verschlauchung 22 einer
Spannung aus. Die Verschlauchung wird durch den Pumpabschnitt 60 gelegt
und wenn der Pumpblock 62 in eine solche Position bewegt
wird, um die Verschlauchung gegen die Pumpfinger 64 des
linearen Peristaltikmechanismus zu drängen, wird die Verschlauchung
in Relation zu dem Ball 24 bei 66 seitlich verschoben
(die Verschlauchung wird in dem Diagramm nach links gezogen). Die
seitliche Verschiebung der Verschlauchung in Verbindung mit der
Spannung unter der die Verschlauchung gesetzt wird, sowie die relative
Steifheit der Stange bewirken, dass die Verschlauchung weg von der
Achse gestreckt wird und dient dazu, den Aufbrechdruck des Ventils
zu reduzieren, obwohl der Aufbrechdruck weiterhin größer ist
als der durch das IV-Gerät
erzeugte Kopfdruck. Demgemäß bleibt
das Ventil geschlossen, bis hinreichend Druck durch die Pumpe erzeugt
wird und es wird sofort wieder geschlossen, wenn der Druck unter
den Aufbrechdruck fällt.
Dieses dient dem Zweck, dass nur dann ein Fließweg zur Verfügung gestellt
wird, wenn ein angemessener Druck durch die Pumpe erzeugt wird.
Allein in der Pumpe installiert zu sein, dient demnach nicht dazu,
einen Fließweg
zu öffnen,
und als Ergebnis resultiert eine nicht funktionsfähige Pumpe,
wie eine solche, bei der ein Peristaltikfinger die Pumpe nicht vollständig während ihres
Einsatzzyklus abschließt,
oder eine fehlplazierte Verschlauchung in der Pumpe nicht in einem
freien Durchfluss resultiert. Der Patient wird dadurch vor Überinfusion
geschützt.
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Die radialen Kanten des Ankerabschnitts sind
so dimensioniert, um eine Überlappungspassform
in dem Gehäuse
zu besorgen. Das proximale Ende 27 der Stange weist eine
Größe auf,
um ein zu weites Einführen
der Stange in das Gehäuse 14 beim Zusammenbau
zu verhindern. Die Stange 26 ist in Bezug zu dem Gehäuse und
dem Kragen 20 so orientiert, dass die durch die seitliche
Verschiebung der Verschlauchung durch den Druckblock 62 erzeugten Kräfte in der
Ausführungsform
gemäß 2b mit der weniger flexiblen
Dimension 31 der Stange ausgerichtet werden. Dieses ermöglicht es,
den Aufbrechdruck von 68.950 N/m2 (10 psi)
auf 10.340 N/m2 (1 ½ psi) zu reduzieren, wenn
die Verschlauchung seitlich gezogen wird. Bei Montage des Ventils
in einer Klammer in einer Peristaltikpumpe mit der in 8 gezeigten Konfiguration
müssen
die Verschlauchung, das Dichtelement und die Stange zunächst in
einem Winkel eingedrückt
werden. Gemäß der Ausführungsform
von 2b, wo ein federelastischeres
Plastikmaterial für
die Stange verwendet wird und die Stange so orientiert ist, dass
die engere Achse 29 jede mit dem Montiervorgang assoziierte
Biegekraft erfahren wird, wird sich die Stange entlang der Achse 29 mit der
Verschlauchung während
der Montage verbiegen und die Dichtung wird aufrechterhalten. Flexibilität in dieser
Richtung oder Achse 29 ermöglicht es dem Ventil, einfacher
in das Gehäuse,
wie in 8 gezeigt, montiert
zu werden. Die in 2a gezeigte
tief eingefurchte Oberfläche
der Stange und des Ankers dient dazu, den Fluidfluss in dem Gehäuse zu maximieren.
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Demgemäß ist eine neue und neuartige
Ventilapparatur verfügbar
gemacht worden. Wenigstens drei Bedienarten sind mit dieser Apparatur
zugänglich.
Die erste Bedienart, die manuelle Aktivierung des Ventils, wie durch
z. B. Zusammendrücken
der Verschlauchung im Bereich des Balls mit Finger und Daumen, wird
in einem Schwerkraftfluss resultieren. Gemäß einer zweiten Bedienart kann
das Ventil durch ein in 6 gezeigtes
Auslöserelement
für einen
Schwerkraftfluss aktiviert werden. Gemäß einer dritten Bedienart wird
das Ventil durch einen durch die Pumpe generierten Fluss aktiviert,
wodurch ein Druck gleich dem oder über dem Aufbrechdruck verfügbar gemacht
wird.
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Während
eine besondere Form der Erfindung veranschaulicht und beschrieben
worden ist, wird es für
den Fachmann ebenfalls offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
gemacht werden können,
ohne von dem Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Folglich
ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung abgesehen von den angehängten Ansprüchen begrenzt
wird.