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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur wiederholbaren
Aufzeichnung der Anzahl von Thermozyklen, denen ein medizinischen Zwecken
dienendes Bauteil unterworfen wird.
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Eine
große
Anzahl von Bauteilen oder Bestandteilen medizinischer Geräte müssen jedes
Mal zwischen ihren Einsätzen
sterilisiert werden. Dies erfolgt häufig durch Erwärmen des
Bauteils oder Bestandteils in einem Autoklav. Aus Sicherheitsgründen dürfen diese
Bauteile oder Bestandteile oft nur für eine bestimmte Anzahl von
Einsätzen
benutzt werden. Es ist daher sehr wichtig, die Anzahl der Einsätze der
Bau- und Bestandteile sorgfältig
zu überwachen
und in zuverlässiger,
nicht-manipulierbarer Weise zu kontrollieren. Bisher wurde die Anzahl
der Fälle,
in denen ein Bauteil einer Hochdrucksterilisierung unterzogen wurde,
mit unterschiedliche Zuverlässigkeit
oft mit Hilfe eines Logbuchs überwacht.
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Die
US-A-5,383,874 beschreibt
ein System zur Erkennung und Überwachung
des Einsatzes von Ablationskathetern. Bei diesem System findet ein Einsatzregister
Verwendung, dessen Inhalt bei jedem autorisierten Einsatz des Katheters
jeweils um eins erhöht
wird, um sicherzustellen, dass der Katheter nicht zu häufig zum
Einsatz kommt.
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Die
schwedische Patentanmeldung Nr. 97 02 679-3 beschreibt eine Vorrichtung
zum Zählen
der Einsatzzyklen eines Sensors für eine intrakorporale elektrophysiologische
Messung und/oder Therapie. Hierbei enthält ein mit dem Sensor verbundener
Zähler
einen für
den Sensor spezifischen Identifizierungscode, wobei die Herstellung/Unterbrechung
einer Verbindung des Sensors mit externer Messausrüstung und/oder
Therapieausrüstung
erfasst wird. Der Identifizierungscode wird hier dazu eingesetzt,
aus in einem Hauptrechner bei einem früheren Einsatz gespeicherten
Informationen zu bestimmen, ob die Bedingungen für einen neuen Einsatzzyklus
erfüllt
sind, und bejahendenfalls den Inhalt des Zählers um einen Einsatzzyklus
zu erhöhen.
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Ein
weiteres System zur Zählung
von Einsatzzyklen ist in der
US
5,400,267 beschrieben.
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Desinfektionsanzeigemittel
sind an sich bereits bekannt. Die
US
4,449,518 beschreibt ein Anzeigemittel, bei dem eine Memory-Legierung
Verwendung findet. Das Anzeigemittel wird verformt, wenn die Vorrichtung
zum Einsatz kommt, und nimmt bei Wärmeeinwirkung seine ursprüngliche
Form wieder an. Bei diesem System wird die Anzahl der Desinfektions-
oder Wärmezyklen
nicht aufgezeichnet.
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Die
US 5,313,935 ;
US 5,359,993 ;
US 5,452,335 und
EP 581 400 offenbaren alle im wesentlichen
Vorrichtungen zur Anzeige der Anzahl von Thermozyklen durch Bewegung
eines Zahnrads um jeweils einen Schritt pro Zyklus, wobei an den
Radzähnen
Anzeigezahlen vorgesehen sind. Durch ein Fenster kann jeweils eine
der Anzeigezahlen betrachtet werden, die die gegenwärtige Anzahl
an Thermozyklen angibt. Allerdings kann keine dieser Vorrichtungen
anzeigen, ob die Vorrichtung einen Thermozyklus durchlaufen hat,
ehe sie erneut zum Einsatz kommt. Da die Anzeigezahlen auf den Zahnrädern vorgesehen
sind, kann nur eine relativ niedrige Gesamtzahl an Wärmezyklen
angezeigt werden, was daran liegt, dass die Anzeigezahlen relativ
groß sein
müssen,
damit sie von einem Benutzer gelesen werden können.
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Die
Fähigkeit,
sterilisierte, auswechselbare Gegenstände von unsterilisierten zu
unterscheiden, ist auf diesem Gebiet ebenfalls von größter Bedeutung.
Gegenwärtig
werden unsterilisierte und sterilisierte Komponenten üblicherweise
an unterschiedlichen Orten aufbewahrt, wobei allerdings Verwechslungen
vorkommen können,
weil das Aussehen eines Gegenstandes keine Rückschlüsse darüber zulässt, ob der Gegenstand sterilisiert
wurde.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die genannten,
bei bekannten Vorrichtung auftretenden Probleme zu lösen und
das medizinischen Zwecken dienende Bauteil oder Bestandteil mit
einem Anzeigemittel auszustatten, das dem Benutzer nicht nur die
Anzahl der Einsätze/Thermozyklen
angibt, sondern auch anzeigt, ob das Bauteil oder Bestandteil nach
seinem letzten Einsatz den vorgeschriebenen Thermozyklus durchlaufen
hat.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es auch, eine Vorrichtung zur wiederholbaren
Aufzeichnung anzugeben, bei der die Anzahl der Zyklen praktisch
unbegrenzt ist.
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Diese
Aufgaben werden gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, welche
die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand
der Unteransprüche
zu Anspruch 1.
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Wird
ein temperatur- und/oder druckempfindliches Element, dessen physikalische
Form sich in reversibler Weise in Abhängigkeit von Temperatur- und/oder
Druckveränderungen ändert, wobei
zwischen Druckveränderungen
und Temperaturveränderungen
eine gleichbleibende Beziehung besteht, an dem Bauteil oder Bestandteil
angebracht, so kann jede Formveränderung
zur linearen Bewegung eines Anzeigeelements aus einer ersten Anzeigeposition
in eine zweite Anzeigeposition verwendet werden, wodurch z.B. eine
visuelle Anzeige entsteht, die angibt, ob das Bauteil oder Bestandteil
den Thermozyklus durchlaufen hat. Hierdurch wird das Risiko eines
Einsatzes nicht hochdrucksterilisierter Teile ausgeräumt. Die
lineare Bewegung des Anzeigeelementes kann durch ein Aufzeichnungsmittel
aufgezeichnet werden. Die Erfindung basiert also auf einer häufigen linearen
Bewegung eines Anzeigeelements aus einer ersten Position in eine
zweite Anzeigeposition.
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Der
relevante Thermozyklus ist nicht auf das Hochdrucksterilisieren
beschränkt,
sondern kann auch beispielsweise ein Waschen in heißem Wasser umfassen.
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Bei
vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Rückstellmittel
vorgesehen, um das Anzeigeelement automatisch auf eine erste Anzeigeposition
zurückzustellen,
wenn das medizinischen Zwecken dienende Bauteil eingesetzt oder
an einer Haupteinheit angebracht wird. Handelt es sich bei der Haupteinheit
um einen Ventilator und bei dem medizinischen Zwecken dienenden Bauteil
um eine Expirationsleitungs-Kassette, so kann das Rückstellmittel
so angeordnet werden, dass das Anzeigeelement in seine erste Anzeigeposition
zurückgestellt
wird, wenn sich ein Expirationsventil zum ersten Mal öffnet. Alternativ
hierzu kann beispielsweise ein kleiner Impulsmagnet, ein Motor o.ä. zur Rückstellung
des Anzeigeelements eingesetzt werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfasst das Anzeigeelement eine Platte mit zwei unterschiedlich
gefärbten Feldern,
wobei diese Platte in einem Fenster so bewegt werden kann, dass
in der ersten Anzeigeposition das eine Feld und in der zweiten Anzeigeposition
das andere Feld zu sehen ist. Zusätzlich zur direkten visuellen
Beobachtung der Plattenposition kann die Position der Platte auch
beispielsweise durch einen optischen Detektor erfasst werden. Alternativ
hierzu kann die Platte einen mechanischen Schalter zum Öffnen und
Schließen
eines Schaltkreises steuern oder die Plattenbewegung kann mit Hilfe
eines Induktivitäts-
oder Kapazitätssensors
ermittelt werden.
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Bei
anderen vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist ein Speicher zum akkumulativen Speichern der Gesamtzahl an aufgezeichneten
Formänderungen
des temperatur- und/oder druckempfindlichen Elements vorgesehen. Der
Speicher kann in dem medizinischen Zwecken dienenden Bauteil, in
einer gesonderten Leseeinheit oder in einer Haupteinheit angeordnet
werden, in der das medizinischen Zwecken dienende Bauteil eingesetzt
werden soll. Auf diese Weise kann die Gesamtzahl der von dem medizinischen
Zwecken dienenden Bauteil durchlaufenen Thermozyklen zuverlässig gezählt werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird dem medizinischen Zwecken dienenden Bauteil ein spezifischer
Identifizierungscode zugeordnet und die Leseeinheit oder die Haupteinheit
enthält
eine Sensoreinheit zum Erfassen dieses Codes und zur Erhöhung der
Anzahl der aufgezeichneten Formänderungen
für das
identifizierte Bauteil um eins, wenn das medizinischen Zwecken dienende
Bauteil an die Leseeinheit oder die Haupteinheit angeschlossen wird, nachdem
es einen Thermozyklus durchlaufen hat. Dies ermöglicht es, die Gesamtzahl an
durchlaufenen Thermozyklen für
das medizinischen Zwecken dienende Bauteil selbst dann zu zählen, wenn
das Bauteil in unterschiedlichen Haupteinheiten eingesetzt wird.
Dies ist besonders in einer Umgebung von Vorteil, in der Rechnernetzwerke
und Datenbanken zur Steuerung, Kontrolle und/oder Überwachung
von medizinischer Ausrüstung
eingesetzt werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist das Anzeigeelement derart ausgestaltet, dass es eine akkumulierende
Bewegung in nur eine Richtung ausführt, wobei die zweite Anzeigeposition
in einem Thermozyklus der ersten Anzeigeposition im darauffolgenden
Thermozyklus entspricht. Auf diese Weise ist die Aufzeichnung mit
dem medizinischen Zwecken dienenden Bauteil verknüpft und
die Anzahl der aufgezeichneten Formverände rungen, d.h. die Anzahl
der durchlaufenen Thermozyklen, lässt sich auf einfache Weise
beispielsweise visuell von einer Gradientenskala ablesen. Es werden
keine speziellen Energiequellen, Batterien, aktive Elektronikbestandteile, Chemikalien
etc. benötigt
und es lässt
sich eine einfache, stabile, zuverlässige, eingekapselte, relativ kleine
und kostengünstige
Vorrichtung herstellen.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält das Erfassungsmittel
eine Röhre,
deren Innenfläche über die
Länge der
Röhre hinweg
mit Kerben versehen ist. Innerhalb der Röhre sind das temperatur- und/oder
druckempfindliche Element und das Anzeigeelement zu einem beweglichen
Körper
zusammengekoppelt, dessen Länge
sich in Abhängigkeit
von der Temperatur in reversibler Weise verändert, wobei der Körper mit
einem Satz von Flügeln
oder Flanschen versehen ist, die mit den Kerben in der Röhrenwand
in Eingriff kommen, wodurch eine Sperr-Ratsche entsteht, so dass
der bewegliche Körper
eine akkumulierende Bewegung entlang der Röhre nur dann ausführt, wenn
seine Längenveränderung
während
eines Thermozyklus die Entfernung zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Kerben übersteigt,
so dass ein "Aufsteigen" des beweglichen
Körpers
hier nur dann erfolgt, wenn seine Längenveränderung größer oder gleich dem Abstand
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kerben ist. Dies verhindert ein "Aufsteigen" aufgrund einer normalen
Wärmeausdehnung
des Körpers,
ohne dass dieser den vorgeschriebenen Thermozyklus vollständig durchläuft, in
dem ein festgelegter Temperaturschwellenwert T1 überschritten wird.
Hierdurch wird auch das Risiko ausgeschaltet, dass der Körper in
irgendeiner anderen Weise absichtlich in die falsche Richtung verschoben
oder bewegt wird. Dementsprechend bietet die Vorrichtung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
eine erhöhte
Zuverlässigkeit.
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Bei
weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
enthält
das Erfassungsmittel eine Röhre
und der bewegliche Körper
umfasst einen in der Röhre
angeordneten Gewindestab sowie zwei radförmigen Muttern, die mit Sperrklinkenflügeln ausgestattet
sind, welche gegen die Innenwand der Röhre drücken, wobei sie so angeordnet
sind, das zwischen ihnen ein Spalt verbleibt, und wobei die radförmigen Muttern
mit dem temperatur- und/oder druckempfindlichen Element verbunden
sind, dessen Form sich sprunghaft verändert, wenn die Temperatur
einen Schwellenwert übersteigt,
wodurch sich die Muttern in eine bestimmte Richtung drehen und sich
jedesmal um einen Schritt am Gewindestab vorwärtsbewegen, wenn im Temperaturzyklus
ein Temperaturschwellenwert ü schritten
wird. Das Innere der Röhre
ist vorzugsweise in festgelegten Abständen um den Umfang herum mit
Kerben versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird eine schraubenförmige
Bewegung genutzt, wodurch die Vorrichtung zuverlässiger, genauer und weniger
empfindlich gegenüber
Stößen, Beschleunigung
und Schwingungen ist, als dies bei einer linearen Bewegung der Fall
ist. Zudem kann unabhängig von
der jeweiligen Vorrichtungsgröße eine
weitaus größere Anzahl
an Thermozyklen aufgezeichnet werden. Durch das Vorsehen von Kerben
an der Innenseite der Röhre
erhöht
sich auch die Zuverlässigkeit in
entsprechender Weise wie bei dem Verfahren, das beim zuvor genannten
Ausführungsbeispiel
mit einem sich linear bewegenden Aufzeichnungskörper eingesetzt wird.
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Ist
das Innere der Röhre
glatt, so ist die 'Auflösung' theoretisch unendlich
groß,
wobei sie jedoch in der Praxis durch Reibung, die Elastizität der Flügel usw.
begrenzt wird. Falls nur eine sehr geringe Ausdehnung erfolgt, kommt
es nicht zu einem "Aufsteigen" des beweglichen
Körpers;
dieser ruckelt vielmehr leicht, verbleibt aber an derselben Stelle.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
unterscheidet sich die Anzahl der Kerben um den Umfang der Innenwand
der Röhre
von der Anzahl der Sperrklinkenflügel. Dabei kann mit wenigen
Flügeln
und Kerben eine hohe Auflösung
erzielt werden, was die Herstellung vereinfacht.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht das temperatur-/druckempfindliche Element aus einem Memory-Metall. Ein derartiges
Element verändert
seine physikalische Form reversibel bei einer spezifischen "Schalttemperatur", die innerhalb weiter Grenzen
gewählt
werden kann, wobei eine große Formveränderung
sowie große
sich dabei entwickelnde mechanische Kräfte auftreten können. Beim Überschreiten
der Schalttemperatur lässt
sich daher eine bestimmte Formveränderung erzielen, wobei diese
Formveränderung
zur Aufzeichnung des Thermozyklus verwendet werden kann. Die Schalttemperatur
und die Längsausdehnung
des Körpers
bei Erreichen dieser Temperatur können in einem Wärmebehandlungs-
und Verformungsverfahren während der
Herstellung des Körpers
eingestellt werden. Die Formveränderung
des Memory-Metalls bei Erreichen der Schalttemperatur hat einen
anderen Umfang als die herkömmliche,
lineare Wärmeausdehnung.
Da ein aus einem Memory-Metall bestehender Körper eine erhebliche Kraft
entwickeln kann, darf auch die Reibung zwischen dem Körper und
der Röhrenwand relativ
groß sein, wodurch
eine Bewegung des Körpers
innerhalb der Röhre
aufgrund von Stößen, Schwingungen
und Beschleunigungskräften
etc. verhindert wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht das temperatur- und/oder wärmeempfindliche Element aus
einem Bimetall. Bei einem Bimetall kann es zu einer großen Formveränderung
kommen, die allerdings zur Temperatur linear ist. Das Bimetallelement
ist vorzugsweise so ausgelegt, dass seine lineare, durch Temperaturveränderungen
hervorgerufene Längsausdehnung
beim Überschreiten
eines festgelegten Temperaturschwellenwerts an irgendeinem Punkt
des betreffenden Thermozyklus dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Kerben entspricht. Der bewegliche Körper bewegt sich dann für jeden
Zyklus, in dem die Temperatur diesen Schwellenwert übersteigt,
um einen Schritt vorwärts.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfasst der Thermozyklus ein Autoklavieren unter positivem Druck,
d.h. ein Dampf-Autoklavieren. Der bewegliche Körper besteht dabei aus einem
hermetisch abgedichteten Dehngefäß, das so
angeordnet ist, dass es durch den positiven Druck zusammengedrückt wird. Ein
Ausdehnen des Dehngefäßes nach
dem Autoklavieren ruft die Bewegung des Körpers in der Röhre hervor.
Aufgrund des positiven Drucks entsteht eine erhebliche Druckkraft,
wobei die gewünschte
Ausdehnung des Dehngefäßes in einem
Autoklavierzyklus durch eine geeignete Auswahl der Steifigkeit des Dehngefäßes erzielt
werden kann.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Röhre
transparent. Die Position des beweglichen Körpers, die die Anzahl der durchlaufenen
Thermozyklen angibt, kann dann bequem beispielsweise wie bei einem
herkömmlichen
Thermometer von einer Skala abgelesen werden.
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Bei
weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der bewegliche Körper
oder eine an dem Körper
befestigte Vorrichtung oder ein entsprechendes Gerät so angeordnet,
dass er bzw. es in Abhängigkeit
von der Bewegung des Körpers
sukzessive auf ein Bauteil mit variablem Widerstand und/oder Induktivität und/oder
Kapazität
einwirkt. Auf diese Weise lässt
sich ein elektronisches Ablesen und Anzeigen der Anzahl der durchlaufenen
Thermozyklen durchführen,
was vorzugsweise im Hauptgerät
erfolgt, weil das medizinischen Zwecken dienende Bauteil relativ
einfach und kostengünstig
sein soll und zudem Feuchtigkeit, hohen Temperaturen usw. ausgesetzt
wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine Spule in Windungen um die Röhre gewickelt, die sich linear
von einem Ende der Spule zur anderen vergrößern, und ein kleines Bauteil
aus ferromagnetischem, nicht magnetisiertem Material kann an dem
beweglichen Körper
so angebracht sein, dass es sich bei einer Bewegung des Körpers sukzessive
innerhalb der Spule bewegt. Die Spule kann in vorteilhafter Weise
im Hauptgerät
untergebracht sein, wobei die Spule dann so ausgelegt sein kann,
dass sie die Röhre
kreisförmig umgibt,
wenn das medizinischen Zwecken dienende Bauteil am Hauptgerät angebracht
ist.
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Bei
den genannten Ausführungsbeispielen kann
selbstverständlich
ein im Handel erhältliches Standardbauteil,
etwa ein Bauteil, dessen Widerstand und/oder Induktivität und/oder
Kapazität
sich gemäß der Bewegung
des Körpers
verändert,
zum Einsatz kommen.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht aus einer optischen Lesegabel, die so angeordnet ist, dass
sie auf Licht anspricht, welches durch die Röhre hindurch übertragen
wird, wobei sich der bewegliche Körper zu einem Ende hin verjüngt oder
mit einem ein sich verjüngendes
Ende aufweisenden Element verbunden ist, wodurch der Lichtstrahl
bei einer Bewegung des Körpers
graduell ausgeblendet wird. Bei dieser Version kann die Lesegabel
an der Röhre
gehaltert oder im Hauptgerät
angeordnet sein.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind zwei getrennte Räder,
die sich in nur eine Richtung drehen, an einem Stab angeordnet,
wobei die Räder
mit dem temperatur- und/oder druckempfindlichen Element verbunden
sind, das so ausgelegt ist, dass sich die Räder jedes Mal, wenn in einem
Temperaturzyklus die Schwellentemperatur überschritten wird, schrittweise
um einen spezifischen akkumulierenden Winkel drehen. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
zeigt die Winkeldrehung der Räder
die Anzahl der durchlaufenen Thermozyklen an. Diese Drehbewegung kann
selbstverständlich
beispielweise dazu eingesetzt werden, ein Eisenstück innerhalb
einer Spule so zu bewegen, dass die Drehung die Induktivität verändert, eine
Potientiometerwelle so zu drehen, dass sich der Widerstand verändert, einen
Kegel in einer optischen Lesegabel so zu bewegen, dass übertragenes
Licht ausgeblendet wird, oder einen variablen Kondensator oder einen
variablen Induktor etc. so zu drehen, dass man einen messbaren Parameter
erhält,
der sich entsprechend der Drehung ver ändert. Natürlich können auch im Handel erhältliche
elektrische Komponenten in vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen.
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Zur
genaueren Erläuterung
der Erfindung werden im folgenden beispielhafte Ausgestaltungen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung näher
erläutert. In
der Zeichnung zeigen
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1 bis 3 die
Funktion eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Anordnung zur Anzeige, ob das medizinischen Zwecken dienende
Bauteil einen vorgeschriebenen Thermozyklus durchlaufen hat, wobei
eine aus Memory-Metall bestehende Feder als temperaturempfindliches
Element eingesetzt wird;
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4 und 5 schematische
Darstellungen eines alternativen temperatur- und/oder druckempfindlichen Elements
in Form eines Dehngefäßes;
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6 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines nicht
flüchtigen Speichers
zur akkumulierenden Aufzeichnung der Anzahl von Thermozyklen, die
von dem medizinischen Zwecken dienenden Bauteil durchlaufen wurden;
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7 und 8 eine
detailliertere Darstellung eines in 6 gezeigten
und zur Aufzeichnung der Anzahl der Thermozyklen dienenden beweglichen
Körpers;
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9 ein
alternatives Ausführungsbeispiel des
beweglichen Körpers
in Form eines hermetisch abgedichteten, gasbefüllten Metall-Dehngefäßes;
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10 eine
Version des Ausführungsbeispiels
gemäß 6,
wobei die Bewegung des beweglichen Körpers eine Veränderung
im Widerstand eines elektrischen Leitwegs verursacht und dementsprechend
eine elektrische Messung der Position des beweglichen Körpers ermöglicht;
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11 und 12 zwei
weitere alternative Ausführungsbeispiele,
bei denen die Position des beweglichen Körpers durch Messung elektrischer
Induktivität
bestimmt werden kann;
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13 eine
allgemeinere Darstellung des Prinzips zur Bestimmung der Position
des beweglichen Körpers,
wobei die Bewegung des beweglichen Körpers ein elektrisches Bauteil
mit variablem Widerstand, variabler Induktivität oder variabler Kapazität oder eine
Kombination hiervon beeinflusst und es so ermöglicht, die Position des beweglichen
Körpers durch
Messung dieser elektrischen Parameter zu bestimmen;
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14 eine
weitere alternative Ausführungsform
des beweglichen Körpers,
der sich in jedem von dem medizinischen Zwecken dienenden Bauteil
durchlaufenen Thermozyklus über
eine bestimmte Distanz hinweg vorwärtsbewegt;
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15 ein
weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
zur Aufzeichnung der Position des beweglichen Körpers und dementsprechend zur
Bestimmung der Anzahl der Thermozyklen mit Hilfe einer optischen
Lesegabel;
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16 ein
weiteres Ausführungsbeispiel des
beweglichen Körpers,
der sich für
jeden Thermozyklus um eine bestimmte Distanz vorwärtsbewegt;
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17 und 18 zwei
Versionen des Ausführungsbeispiels
gemäß 16,
wobei ein Querschnitt der Röhre
gezeigt ist, in der der bewegliche Körper angeordnet ist; und
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19 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Aufzeichnung der Anzahl von Thermozyklen mit Hilfe eines beweglichen
Körpers,
dessen Bewegung in einen messbaren elektrischen Parameter umgewandelt
wird;
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20 die
Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem Ventilator.
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Bei
den 1 bis 3 handelt es sich um schematische
Darstellungen der Funktion einer Vorrichtung zur Aufzeichnung eines
Thermozyklus. Die Vorrichtung umfasst ein Anzeigeelement in Form
einer Platte 12 mit zwei Anzeigefeldern 14, 16,
beispielsweise einem grünen
und einem roten Feld. Die Platte 12 kann mit Hilfe einer
Memory-Metall-Feder 20 bewegt werden, die ihre Form entsprechend
der Temperatur verändert.
Bedienpersonal kann dann das erste Feld 14 oder das zweite
Feld 16 durch ein Fenster 18 sehen, je nachdem
ob die Platte 12 sich in einer ersten Anzeigeposition (in
der das erste Feld 14 angezeigt wird) oder einer zweiten
Anzeigeposition (in der das zweite Feld 16 gezeigt wird)
befindet.
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1 zeigt
den 'kalten' Zustand, in dem
die Feder 20 zurückgezogen
ist und sich die Platte 12 in der ersten Anzeigeposition
befindet, in der das erste (rote) Feld 16 durch das Fenster 18 sichtbar
ist.
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Die
in den 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung ist
dazu ausgelegt, an einem medizinischen Zwecken dienenden Bauteil
angeordnet zu werden. Wird das Bauteil zu Sterilisationszwecken
erwärmt, so
verändert
die Feder 20 ihre Form, indem sie sich ausdehnt, wenn die
Temperatur einen festgelegten Schwellenwert übersteigt. Wenn die Feder 20 gegen ein
festes Halterungselement 22 drückt, so verschiebt sie die
Platte 12 in der Zeichnungsfigur (siehe 2)
nach rechts, bis das zweite (grüne)
Feld 16 durch das Fenster 18 zu sehen ist. Dies
zeigt der Bedienperson an, dass das fragliche Bauteil einer ausreichenden
Sterilisiererwärmung
unterzogen wurde und einsatzbereit ist. Die Feder 20 zieht
sich zusammen, wenn sich das Bauteil abkühlt (siehe 3). Die
Platte 12 kann dann wieder auf die in 1 gezeigte
Position zurückgestellt,
d.h. so eingestellt werden, dass das erste (rote) Feld 14 im
Fenster 18 zu sehen ist.
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Alternativ
hierzu kann ein optisches System 17 zur automatischen Aufzeichnung
der Position der Platte 12 verwendet werden, wie sich dies
den 1 bis 3 entnehmen lässt. Anstatt
in den Feldern 14, 16 unterschiedliche Farben
zu benutzen, können auch
unterschiedliche Reflektionseigenschaften eingesetzt werden. Die
Aufzeichnung der Bewegungen der Platte 12 durch das optische
System 17 wird zu einer Überwachungseinheit 19 übertragen.
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Innerhalb
der Überwachungseinheit 19 befindet
sich ein Speicher 23 zum akkumulativen Zählen der
Sterilisierungszyklen. Die entsprechende Anzahl kann dann ebenso
wie die Anzeige der gegenwärtigen
Position der Platte 12 einer Bedienperson über einen
Bildschirm oder ein anderes Anzeigemittel (nicht dargestellt) angezeigt
werden.
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Die
Platte kann automatisch durch ein Rückstellmittel 21 zurückgestellt
werden, wenn das Bauteil für
medizinische Zwecke an einer Haupteinheit befestigt oder eingesetzt
wird, wodurch die Platte 12 zurückgestellt wird. Das Rückstellmittel 21 kann
von der Überwachungseinheit 19 oder
in einer anderen sinnvollen Weise, etwa durch einen gesonderten
Impulsmagneten, Motor oder ähnliches,
gesteuert werden.
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Zum
Verschieben der Platte 12 kann anstelle der Feder 20 aus
Memory-Metall auch eine Bimetall-Feder eingesetzt werden.
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Alternativ
hierzu kann ein gasbefülltes,
hermetisch abgedichtetes Dehngefäß 24 als
temperatur- und/oder druckempfindliches Element zum Verschieben
der Platte beim Autoklavieren unter positivem Druck eingesetzt werden,
wie sich dies den 4 und 5 entnehmen
lässt.
Ein Ende des Dehngefäßes 24 ist
an einem stabilen Halterungselement 26 befestigt, während sein
anderes Ende 28 ist in der Lage ist, sich entsprechend
einer Volumenveränderung
des Dehngefäßes zu bewegen.
Ein durch das Dehngefäß 24 und
das Halterungselement 26 verlaufender Operationsstift 30 ist
an dem Ende 28 befestigt, um die (in den 4 und 5 nicht
dargestellte) Anzeigeplatte zu bewegen, wenn das Dehngefäß 24 zusammengedrückt wird.
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Steht
das medizinischen Zwecken dienende und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgestattete Bauteil unter Atmosphärendruck, so nimmt das Dehngefäß die in 4 gezeigte
Position ein, wobei sich das Ende des Operationsstiftes 30 in
einem Abstand a zum Halterungselement 26 befindet.
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Wird
das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
versehene medizinische Bauteil unter positivem Druck autoklaviert,
so wird das Dehngefäß 24 zusammengedrückt. Der
Stift 30 bewegt sich, bis er um einen Abstand b über das
Halterungselement 26 hinausragt, wobei b > a (siehe 5).
Die Bewegung verschiebt die Platte derart, dass das zweite Feld
im Kontrollfenster erscheint, wie sich dies den bereits erwähnten 1 bis 3 entnehmen
lässt.
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Alternativ
hierzu kann der Operationsstift 30 selbst als Anzeigeelement
eingesetzt werden. Der Operationsstift 30 kann dabei so
angeordnet sein, dass seine Bewegungen in messbare Induktivitäts- oder
Kapazitätsveränderungen
umgewandelt werden. Stattdessen kann das Anzeigeelement auch so angeordnet
werden, dass durch seine Bewegung ein elektrischer Schaltkreis über einen
mechanischen Schalter 29 geöffnet und geschlossen wird,
wie sich dies den 4 und 5 entnehmen
lässt.
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Die
in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiele
sind zur Anbringung an das medizinische Bauteil oder Bestandteil
ausgelegt. Informationen über
die Sterilisierung oder das Autoklavieren sind somit im Bauteil
selbst vorhanden. Das Bauteil ist zudem in der Lage, die Gesamtzahl
der Autoklavierzyklen in der oben angegebenen Weise aufzuaddieren.
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Die
Verwendung der Vorrichtung in einem Ventilator 100 ist
in 20 dargestellt. Der Ventilator 100 ist
mit einem Patienten 102 über eine Inspirationsröhre 104 und
eine Expirationsröhre 106 verbunden.
Beatmungsgas wird dem Ventilator 100 über eine erste Gasleitung 108A und
eine zweite Gasleitung 108B zugeführt. Die Expirationsröhre 106 führt ausgeatmetes
Gas an die Expirationsleitungs-Kassette 110 im Ventilator 100.
Ein Expirationsventil 112, das entweder in der Kassette 110 angeordnet
oder während
des Einsatzes mit dieser verbunden ist, wird dazu eingesetzt, das
Ausströmen
von Gas über
die Entlüftungsleitung 114 zu
regulieren. Die Expirationskassette 110 muss für jeden
neuen Patienten 102 autoklaviert werden. Die Kassette 110 kann
nur einer begrenzten Anzahl, beispielsweise 100, Autoklavier- oder
Sterilisierzyklen standhalten. Die Kassette 110 wird daher
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet.
Wird eine Vorrichtung nach einer der 1 bis 3 eingesetzt,
so kann die Rückstellung des
Anzeigeelements erfolgen, wenn das Expirationsventil 112 das
erste Mal für
einen neuen Patienten 102 geöffnet wird.
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6 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
derartigen Vorrichtung zum akkumulativen Speichern der Anzahl von
Thermozyklen, denen ein Teil unterworfen wurde, wobei ein temperatur- und/oder
druckempfindliches Element eingesetzt wird. Dieses Element wird
in geeigneter Weise z.B. aus einem Memory-Metall, üblicherweise
einer NiTi-Legierung, hergestellt, das seine physikalische Form
bei einer bestimmten Schalttemperatur T1 reversibel
verändert,
die sich innerhalb weiter Grenzen wählen lässt. Dabei lässt sich
eine erhebliche Formveränderung
sowie eine große
bei der Formveränderung
auftretende mechanische Kraft auswählen. Die Kraft aufgrund dieser
Formveränderung
kann auch in den Ausführungsbeispielen
gemäß der 1 bis 3 zum
Verschieben der Platte eingesetzt werden, wie dies bereits beschrieben
wurde.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 6 bis 8 kann
die Formveränderung
für eine akkumulierende,
lineare, in nur eine Richtung gehende Bewegung eines Anzeigeelements
eingesetzt werden. Die Vorrichtung umfasst eine Röhre 1,
vorzugsweise aus Glas oder transparentem Kunststoff, die an beiden
Enden hermetisch abgedichtet ist. Ein beweglicher Körper 2 ist
innerhalb der Röhre 1 angeordnet
und wird durch zwei aus einem dünnen
Kunststoff, Gummi oder Metall bestehende und gegen die Wand der
Röhre 1 drückende Flügel- oder
Flanschsätze 3 relativ
fest an Ort und Stelle gehalten. Wenn der Winkel α der Flügel 3 in
bezug zur Längsachse der
Röhre in
geeigneter Weise ausgewählt
wird, so dienen die Flügel 3 als
Sperrklinkenflügel,
die eine Bewegung des beweglichen Körpers 2 in der Röhre 1 in
jede Richtung außer
nach rechts verhindern.
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Der
bewegliche Körper 2 wird
durch das temperatur- und/oder druckempfindliche Element gebildet,
das mit dem Anzeigeelement gekoppelt ist und in geeigneter Weise
aus einem Memory-Metall-Element besteht, dessen Länge sich
bei Erreichen einer Schalttemperatur T1 um
eine Strecke Δx
vergrößert (siehe 8).
Der bewegliche Körper 2 nimmt
wieder seine ursprüngliche
Länge an,
wenn die Temperatur unter T1 fällt. Diese
Ausdehnung und darauffolgende Kontraktion verursacht einen Bewegung
des beweglichen Körpers
2 um die Strecke Δx
innerhalb der Röhre 1.
Anders ausgedrückt,
bewegt sich der bewegliche Körper 2 in
jedem Thermozyklus von einer ersten Anzeigeposition in eine zweite
Anzeigeposition.
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Die
Schalttemperatur T1 und die Ausdehnung Δx werden
während
der Herstellung des beweglichen Körpers 2 durch ein
Wärmebehandlungs- und
Verformungsverfahren festgelegt. Je nach Genauigkeit und gewünschter
System-Dynamik kann die gewählte
Distanz Δx
zwischen einer kurzen Distanz, d.h. im Bereich von etwa 0,01 mm,
und bis zu mehreren Millimetern variieren. Die Röhre 1 kann üblicherweise
5 cm lang sein und einen Durchmesser von etwa 10mm aufweisen.
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Ein
einfaches Ablesen der Anzahl der durchlaufenen Thermozyklen, in
denen T > T1 ist, kann durch ein direktes Ablesen der
Position des beweglichen Körpers 2,
beispielsweise wie bei einem Thermometer, erfolgen, wenn die Röhre 1 transpa rent
ist. Die Skalierung ist bei 4 angedeutet. Um anzuzeigen, ob
die Vorrichtung seit dem letzten Einsatz einen Thermozyklus durchlaufen
hat, kann ein in den 1 bis 3 dargestelltes
Anzeigelement in geeigneter Weise mit der Vorrichtung gemäß 6 kombiniert werden.
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Das
Innere der Röhre 1 kann
vollständig
glatt oder auch ein wenig angeraut sein, wie dies bei 5 angedeutet
ist, um die Reibung zwischen der Wand und dem Flügel 3 zu erhöhen. Die
Röhre 1 kann
zudem mit gezahnten Keilen 6 versehen sein, die in einem bestimmten,
in etwa der Strecke Δx
entsprechenden Abstand angeordnet sind. Hierdurch kann der bewegliche
Körper 2 nur
dann 'aufsteigen', wenn die Dehnung
des beweglichen Körpers 2 größer ist
als Δx oder Δx entspricht.
Dies verhindert dementsprechend ein 'Aufsteigen' aufgrund normaler Wärmeausdehnung in Zyklen, in
denen T < T1 ist. Falls für den Winkel α korrekte
Werte (siehe 8) und für die Flügel und die Röhre ein
geeignetes Material sowie ein korrekter Winkel für die 'Zähne' usw. gewählt wurden,
besteht absolut kein Risiko, dass der bewegliche Körper 2 aufgrund
von Temperaturen 'aufsteigt', die konstant unter
der Schalttemperatur T1 liegen. Gleichzeitig
besteht auch absolut kein Risiko, dass der bewegliche Körper 2 absichtlich
in die 'falsche' Richtung bewegt
wird, wenn die Vorrichtung geschüttelt
oder aus einem anderen Grund bewegt wird.
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Da
ein ein Memory-Metall umfassender beweglicher Körper 2 während der
Wärmeausdehnung eine
große
Kraft entwickeln kann, lässt
sich eine relativ große
Reibung zwischen dem beweglichen Körper 2 und der Wand
der Röhre 1 wählen, um
zu verhindern, dass Beschleunigungskräfte, Stöße, Schwingungen etc. eine
Bewegung des beweglichen Körpers 2 innerhalb
der Röhre 1 verursachen.
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Somit
besteht der Vorteil bei der Verwendung von Memory-Metall im beweglichen
Körper 2 darin, dass
Memory-Metall bei einer bestimmten Temperatur einer plötzlichen
und relativ großen
Formveränderung
unterworfen ist, deren Umfang sich, wie erwähnt, völlig von der Formveränderung
bei einer herkömmlichen,
linearen thermischen Expansion unterscheidet. In Fällen, in
denen die Innenwand der Röhre 1 mit
Kerben 6 versehen ist, kann auch ein z.B. aus einem Bimetallelement
bestehender beweglicher Körper 2 Verwendung
finden. Bei einem Bimetall kommt es zu einer großen Formveränderung, die allerdings in
Abhängigkeit
von der Temperatur linear verläuft.
Bei dieser Version würde
sich der bewegliche Körper 2 innerhalb
einer glattwandigen Röhre 1 in
jedem Temperaturzyklus bewegen, selbst wenn die tatsächliche
Temperatur konstant unter dem Schwellenwert T1 bleibt.
Wenn allerdings die Innenwand der Röhre 1 mit Kerben 6 ausgestattet
wäre, könnte der
bewegliche Bimetallkörper 2 so
ausgelegt werden, dass seine temperaturabhängige lineare Ausdehnung Δx beim Temperaturschwellenwert
T1 dem Abstand in der Zahnung entspricht.
Der bewegliche Körper 2 würde sich
dann – und
nur dann – um eine
Kerbe voranbewegen, wenn die Temperatur im Zyklus den Schwellenwert
T1 übersteigt.
Dabei wird dieselbe Funktion erzielt wie in einer Version mit einem
aus Memory-Metall bestehenden, in einer Röhre 1 mit glatten
Wänden
angeordneten beweglichen Körper 2.
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In
Fällen,
in denen die Innenwände
der Röhre 1 in
festgelegten Abständen
mit Kerben 6 versehen sind, kann der bewegliche Körper 2 auch
aus anderen Materialien, wie Polymeren, Gasen, anderen Metallen
etc. bestehen, deren Wärmeausdehnung zur
Hervorrufung der Bewegung des beweglichen Körpers 2 eingesetzt
wird.
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Daneben
kann auch ein druckempfindliches Element in Form eines hermetisch
abgedichteten gas- oder luftgefüllten
Dehngefäßes 32 als
beweglicher Körper
eingesetzt werden, wie dies aus 9 ersichtlich
ist. Der absolute Druck im Dehngefäß 32 kann beispielsweise 1 bar
betragen. Während
des Erwärmens
dehnt sich das Gas aus und das Dehngefäß 32 verlängert sich
um eine Strecke von Δx,
die von der Steifigkeit des Dehngefäßes 32 und dem Temperaturanstieg
abhängt.
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Beim
Autoklavieren unter positivem Druck wird der bewegliche Körper gemäß einem
anderen Prinzip verschoben. Das Verfahren wird hierbei in einer
Art von "Druckkochtopf" durchgeführt, in
dem der Druck bei einer Temperatur von 140°C 3,6 bar beträgt. Gemäß dem Gasgesetz
, bei dem P für Druck,
V für Volumen
und T für
Temperatur steht, wird das Dehngefäß
32 unter Nichtberücksichtigung
seiner Steifigkeit auf das etwa 0,38-fache seiner Originallänge zusammengedrückt, wobei
eine erhebliche Druckkraft auftritt. Wenn der Dehnkörper einen
Durchmesser von 5 mm aufweist, so beträgt die Kraft anfänglich etwa
5 N. Durch Wahl einer geeigneten Steifigkeit für den Dehnkörper
32 kann eine
gewünschte
Längenveränderung
in einem Autoklavierzyklus erzielt werden; siehe hierzu auch
4 und
5.
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Der
Dehnkörper 32 ist
mit zwei Sätzen
von Sperrklinkenflügeln
oder Flanschen 34 ausgestattet, wie dies auch in der Beschreibung
zu den 6 bis 8 erwähnt wurde.
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Ausführungsbeispiele
für das
direkte Ablesen der Anzahl der durchlaufenen Thermozyklen an einer
unterteilten Skala wurden bereits beschrieben. Allerdings kann die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung auch für
ein elektronisches Ablesen und ein Anzeigen der Anzahl der Zyklen
in der Haupteinheit, z.B. einem Ventilator, ausgelegt sein. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung
einfach und kostengünstig
sein muss und zudem Feuchtigkeit, hohen Temperaturen usw. ausgesetzt
wird, sollten komplexe Teile, Elektronik, Batterien usw. vorzugsweise
soweit möglich
in der Haupteinheit untergebracht sein. Im folgenden werden einige
Versionen beschrieben, bei denen diese Funktion realisiert ist.
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10 zeigt
eine Röhre
der in 6 dargestellten Art mit zwei Leitwegen 38 aus
einem Widerstandsmaterial, Widerstandsdraht usw., die an den Innenwänden der
Röhre ausgebildet
sind. Diese Leitwege 38 werden durch den beweglichen Körper 40 kurzgeschlossen,
was bedeutet, dass der elektrische Widerstand R zwischen den Drähten 42 um
so mehr abnimmt, je weiter sich der Körper 40 in der Röhre 36 nach
rechts vorwärtsbewegt.
Die Position des Körpers 40 und
dementsprechend die Anzahl der durchlaufenen Thermozyklen lässt sich
somit durch Messung des Widerstands R ermitteln.
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11 zeigt
eine Alternative, bei der ein Stab 44 aus ferromagnetischem,
unmagnetisiertem Material mit dem beweglichen Körper 46 verbunden ist.
Wenn sich der Körper 46 in
der Röhre 48 nach rechts
bewegt, so wird der Stab 44 in eine Spule 50 geschoben,
die über
etwa die Hälfte
der Länge
der Röhre 48 außen um die
Röhre 48 herum
gewunden ist. Die Induktivität
L erhöht
sich, während
der Stab in die Spule 50 eingeschoben wird. Die Position
des Körpers 46 in
der Röhre 48 kann
daher durch Messung der Induktivität L bestimmt werden.
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Alternativ
hierzu kann ein Stab aus einem nicht-magnetischen leitenden Material
eingesetzt werden, wobei die Induktivität dann sinkt, während der
Stab in die Spule, d.h. die Feldbegrenzung, eingeschoben wird.
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12 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem ein kleiner ferromagnetischer, unmagnetisierter Körper 52 auf
dem beweglichen Körper 54 angeordnet
ist. Die Röhre 56 ist
in einer Spule 58 eingeschlossen, deren Windungen linear
pro Abstandseinheit in der Zeichnungsfigur nach recht hin größer werden.
Die Induktivität
der Spule 58 erhöht
sich hierbei in entsprechender Weise, wenn sich der bewegliche Körper 54,
und dementsprechend der ferromagnetische Körper 52, in der Röhre 56 nach
rechts bewegt. Dies ermöglicht
die Bestimmung der Position des beweglichen Körpers 54 durch Messung
der Induktivität
L.
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Die
Spulen in den Ausführungsbeispielen gemäß den 11 und 12 müssen nicht
an der Röhre
angebracht sein, sondern können
in der Haupteinheit vorgesehen werden, so dass die Röhre automatisch
in die Windungen eingeschoben wird, wenn das medizinischen Zwecken
dienende Bauteil in der Haupteinheit plaziert wird.
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In
analoger Weise kann bei der Bestimmung der Position des beweglichen
Körpers
in der Röhre eine
variierende Kapazität
erzielt werden. Hierbei kann die Röhre außen oder innen mit einer leitenden Beschichtung
versehen werden. Die Beschichtung würde dabei nicht die gesamte
Oberfläche
bedecken, sondern von einem Ende der Röhre zum anderen abnehmen. Sie
könnte
sich beispielsweise derart konisch verringern, dass der beschichtete
Bereich pro Längeneinheit
entlang der Röhre
linear abnimmt. Die Kapazität
zwischen der entsprechend geformten äußeren Kondensatorplatte und
dem beweglichen Körper
oder einer Vorrichtung, die mit dem beweglichen Körper verbunden
ist, nimmt linear ab, während
sich der Körper
bewegt, so dass die Position des Körpers durch Messung der sich
verändernden
Kapazität
bestimmt werden kann.
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13 zeigt
eine allgemeine Darstellung der Art und Weise, wie der bewegliche
Körper 60 mittels einer
beweglichen Welle 62 auf ein elektrisches Bauteil 64 mit
variablem Widerstand, variabler Induktivität oder variabler Kapazität oder einer
Kombination dieser Parameter einwirkt. Hierbei können im Handel erhältliche
Standardbauteile vorteilhaft eingesetzt werden.
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Bei
allen Ausführungsbeispielen
der 11 bis 13 kann
eine Überwachungseinheit,
die derjenigen gemäß den 1 bis 3 entspricht,
zur Speicherung und Anzeige der akkumulierten Anzahl von Thermozyklen
eingesetzt und dazu verwendet werden, zu speichern und anzuzeigen,
ob die Vorrichtung nach ihrem letzten (und vor ihrem nächsten) Einsatz
einen Thermozyklus durchlaufen hat.
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14 zeigt
eine alternative Version des beweglichen Körpers. Zwei identische Scheiben 11 sind durch
ein Loch 15 in den Scheiben auf einem Stab 13 befestigt.
Der Durchmesser des Stabes 13 ist geringfügig kleiner
als der Durchmesser der Löcher 15.
Die Scheiben sind miteinander durch ein temperaturempfindliches
E lement 21 verbunden, das in geeigneter Weise aus Memory-Metall
besteht, wobei das Element derart vorgespannt ist, dass die Scheiben 11 in der
normalen Position gegen den Stab 12 drücken, wie dies in der Zeichnung
dargestellt ist.
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Nimmt
die Länge
des temperaturempfindlichen Elements 21 zu, wenn die Temperatur
T während
des Thermozyklus größer ist
als die Schalttemperatur T1, so wird die
rechte Scheibe 11 nach rechts verschoben. Wenn die Temperatur
daraufhin fällt,
so folgt die linke Scheibe 11, wodurch der gesamte Körper am
Stab 13 nach rechts verschoben wird. Eine Bewegung nach
links in der Zeichnungsfigur wird durch den 'Zug'-Effekt
verhindert.
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Eine
Bewegung des beweglichen Körpers 11, 21 kann
zudem dazu verwendet werden, die Gesamtzahl der Thermozyklen aufzuaddieren,
die das medizinische Bauteil zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
durchlaufen hat. Eine Anzahl mechanischer Schalter, ähnlich den
in 4 bis 5 dargestellten, kann so angeordnet
werden, dass pro Thermozyklus jeweils ein Schalter betätigt wird.
Hierdurch wird angezeigt, dass ein Thermozyklus durchlaufen wurde,
ehe die Vorrichtung erneut zum Einsatz kommt.
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15 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Hierbei ist ein konischer Körper 66 an
einem Ende des beweglichen Körpers 68 befestigt.
Eine Lesegabel 70 ist so angeordnet, dass sie auf Licht
anspricht, welches durch die Röhre 72 hindurch übertragen
wird, während
sich der konische Körper 66 nach
und nach in den Lichtpfad schiebt und sich der bewegliche Körper 68 in
der Röhre 72 nach
rechts vorwärtsbewegt.
Die Lesegabel 70 kann an der Röhre 72 gehaltert oder
in der Hauptvorrichtung angeordnet sein, und ermöglicht die Messung des durch
die Röhre 72 hindurch übertragenen
Lichts, wenn das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehene medizinische
Bauteil an der Haupteinheit gehaltert ist.
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Die 16 bis 19 zeigen zwei weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Hierbei wird anstelle der linearen eine wendelförmige Bewegung genutzt, um
die Gesamtzahl der Thermozyklen aufzusummieren.
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Das
in 16 gezeigte Ausführungsbeispiel weist zwei kleine
identische radförmige
Muttern auf einem mit einem feinen Gewinde versehenen Stab 73 innerhalb
einer Röhre 75 auf,
die transparent oder aber blickdicht sein kann. Die Räder 82 sind
mit einer Anzahl kleiner, flexibler Flügel 76 ausgestattet,
die gegen die Wand der Röhre 75 drücken.
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Die
Räder 82 können beispielsweise
aus einem Polymermaterial bestehen und unter Umständen mit
aufgepressten Standard-Metallmuttern 83 kombiniert werden.
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Die
Innenwände
der Röhre 75 können vollständig glatt
sein. Die Flügel 76 bilden
dann einen Winkel mit der Röhrenwand,
wodurch eine Sperrklinkenwirkung erzielt wird, oder sie können mit
Kerbverzahnungen 74 versehen sein.
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Die
Räder 82 sind
mit einem temperaturempfindlichen Element 84 ausgestattet,
das in geeigneter Weise aus einem Memory-Metall oder einem Bimetall besteht,
wie dies oben für
andere Ausführungsbeispiele
bereits beschrieben wurde. Wird die Schalttemperatur T1 überschritten,
so verändert
sich die Form des Elements 84, was dazu führt, dass
der bewegliche Körper 82, 84 schrittweise
entlang des Gewindestabes 73 vorwärtsgeschraubt wird. Durch eine geeignete
Wahl der Steigung des Gewindes, der Form des temperaturempfindlichen
Elements 84, der Anzahl der Flügel 76 und deren Anordnung
relativ zueinander sowie gegebenenfall der Anzahl der gezahnten
Kerben 74 lässt
sich eine große
Genauigkeit erzielen und eine Röhre
geringer Länge
für eine
große
Anzahl von Zyklen einsetzen.
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Andere
Typen von Sperrradfunktionen können
natürlich
ebenfalls Verwendung finden. Eine gewisse Reibung zwischen den Muttern 82, 83 und
dem Gewinde ist zulässig
und sogar wünschenswert,
um eine durch Schwingungen usw. verursachte Drehung des Rades zu
verhindern. Dies ist möglich,
weil das Memory-Metall bei der Formänderung eine erhebliche Kraft
entwickeln kann.
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Der
erfindungsgemäße Vorrichtungstyp
ist zuverlässiger
und genauer sowie weniger empfindlich gegenüber Stößen, Beschleunigung und Schwingungen
und ist in der Lage, bei einer vorgegebenen Größe eine viel höhere Anzahl
von Thermozyklen zu messen als die lineare Version.
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Theoretisch
ist die "Auflösung" bei einer eine glatte
Röhrenwand
aufweisenden Version unendlich hoch, wobei sie jedoch in der Praxis
durch die Reibung, die Elastizität
der Flügel 76 etc.
begrenzt wird. Ist die Formveränderung
sehr klein, so wird sich der Körper
nicht bewegen, sondern leicht ruckelnd an Ort und Stelle verbleiben,
wie dies bereits erwähnt
wurde.
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17 zeigt
etwa dreißig
um den Umfang der Röhre
herum angeordnete Kerben. Diese würden eine Auflösung von
360/30 = 12° erbringen.
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18 zeigt,
dass eine Auflösung
von 18°, d.h.
zwanzig Temperaturzyklen für
jede Raddrehung, mit vier Sperrklinkenflügeln
76 und nur fünf gezahnten
Kerben erzielt werden kann. Allgemein gesagt, erhält man einen
Anstieg von
Grad für jedes Eingreifen der Flügel, wenn
die Anzahl der Flügel
k ist und die Anzahl der Kerben n × k + 1, wobei n für eine ganze
Zahl 1, 2, 3 .... steht. Für beispielsweise
4 Flügel,
d.h. für
k = 4 und n = 5, d.h. eine Gesamtzahl von 4 × 5 + 1 = 21 Kerben, erhält man einen
Anstieg um 4,3°.
Dies entspricht 84 Temperaturzyklen pro Umdrehung am Gewindestab
73. Es
lässt sich
also eine große
Auflösung
mit nur wenigen Flügeln
und Kerben erzielen, was die Herstellung vereinfacht.
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Neben
den ausdrücklich
erwähnten
sind auch andere Kombinationen der dargestellten Ausführungsbeispiele
möglich,
was insbesondere für Kombinationen
gilt, die eine Aufzeichnung und Anzeige von Informationen beinhalten.