DE69920602T2

DE69920602T2 - Vorrichtung zur wiederholbaren Aufnahme von Thermozyklen

Info

Publication number: DE69920602T2
Application number: DE69920602T
Authority: DE
Inventors: Göran Skog; Erik Krahbichler; Bruno Slettenmark
Original assignee: Maquet Critical Care AB
Current assignee: Maquet Critical Care AB
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2019-06-22
Also published as: SE9802674D0; DE69920602D1; JP2000185047A; EP0979658B1; US6295330B1; EP0979658A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur wiederholbaren Aufzeichnung der Anzahl von Thermozyklen, denen ein medizinischen Zwecken dienendes Bauteil unterworfen wird.
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.
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.
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.
Ein weiteres System zur Zählung von Einsatzzyklen ist in der US 5,400,267 beschrieben.
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.
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.
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.
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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, eine Vorrichtung zur wiederholbaren Aufzeichnung anzugeben, bei der die Anzahl der Zyklen praktisch unbegrenzt ist.
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche zu Anspruch 1.
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.
Der relevante Thermozyklus ist nicht auf das Hochdrucksterilisieren beschränkt, sondern kann auch beispielsweise ein Waschen in heißem Wasser umfassen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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;
4 und 5 schematische Darstellungen eines alternativen temperatur- und/oder druckempfindlichen Elements in Form eines Dehngefäßes;
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;
7 und 8 eine detailliertere Darstellung eines in 6 gezeigten und zur Aufzeichnung der Anzahl der Thermozyklen dienenden beweglichen Körpers;
9 ein alternatives Ausführungsbeispiel des beweglichen Körpers in Form eines hermetisch abgedichteten, gasbefüllten Metall-Dehngefäßes;
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;
11 und 12 zwei weitere alternative Ausführungsbeispiele, bei denen die Position des beweglichen Körpers durch Messung elektrischer Induktivität bestimmt werden kann;
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;
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;
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;
16 ein weiteres Ausführungsbeispiel des beweglichen Körpers, der sich für jeden Thermozyklus um eine bestimmte Distanz vorwärtsbewegt;
17 und 18 zwei Versionen des Ausführungsbeispiels gemäß 16, wobei ein Querschnitt der Röhre gezeigt ist, in der der bewegliche Körper angeordnet ist; und
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;
20 die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Ventilator.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Zum Verschieben der Platte 12 kann anstelle der Feder 20 aus Memory-Metall auch eine Bimetall-Feder eingesetzt werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Räder 82 können beispielsweise aus einem Polymermaterial bestehen und unter Umständen mit aufgepressten Standard-Metallmuttern 83 kombiniert werden.
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.
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.
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.
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.
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.
17 zeigt etwa dreißig um den Umfang der Röhre herum angeordnete Kerben. Diese würden eine Auflösung von 360/30 = 12° erbringen.
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.
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.

Claims

Vorrichtung zur wiederholbaren Aufzeichnung der Anzahl von Thermozyklen, denen ein für medizinische Zwecke dienendes Bauteil (110) unterworfen ist, enthaltend ein temperatur- und/oder druckempfindliches Element (2, 3; 20; 24; 32; 40; 46; 54; 60; 21; 68; 84), das mit diesem Bauteil (110) in Verbindung steht, wobei das Element (2, 3; 20; 24; 32; 40; 46; 54; 60; 21; 68; 84) seine physikalische Form in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder dem Druck verändert, diese Veränderung reversibel ist, Druckveränderungen notwendigerweise mit Temperaturveränderungen einhergehen und die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Anzeigeelement (2, 3; 12; 30; 44; 52; 62; 66) so angeordnet ist, dass es sich linear von einer ersten Anzeigeposition zu einer zweiten Anzeigeposition bewegt, wenn die Formveränderung einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, und wobei ein Aufzeichnungsmittel (4; 17, 19, 23; 29, 31; 38, 42; 50; 58; 64; 11, 13, 15; 70) so angeordnet ist, dass es die lineare Bewegung des Anzeigeelements (2, 3; 12; 30; 44; 52; 62; 66) aus der ersten Anzeigeposition in die zweite Anzeigeposition aufzeichnet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufzeichnungsmittel (4; 17, 19, 23; 29, 31; 38, 42; 50; 58; 64; 11, 13, 15; 70) einen Speicher (23) zur akkumulativen Speicherung der Gesamtzahl von aufgezeichneten linearen Positionsveränderungen des Anzeigeelements (2, 3; 12; 30; 44; 52; 62; 66) von der ersten in die zweite Anzeigeposition umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rücksetzmittel (21) so angeordnet ist, dass es das Anzeigeelement (12) automatisch an die erste Anzeigeposition zurückversetzt, wenn das für medizinische Zwecke dienende Bauteil eingesetzt oder an einer Haupteinheit gehaltert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Haupteinheit aus einem Ventilator (100) und das für medizinische Zwecke dienende Bauteil aus einer Expirationsleitungs-Kassette (110) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücksetzmittel (21) so ausgelegt ist, dass es das Anzeigeelement (12) auf die erste Anzeigeposition zurücksetzt, wenn sich das Expirationsventil (112) zum ersten mal öffnet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigeelement (2, 3; 44; 52; 62; 66) so ausgelegt ist, dass es eine akkumulative lineare Bewegung in eine Richtung durchführen kann, wodurch die zweite Anzeigeposition in einem Thermozyklus der ersten Anzeigeposition in einem darauffolgenden Thermozyklus entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufzeichnungsmittel eine Röhre (1, 36, 48, 56, 60, 75) umfasst und das temperatur- und/oder druckempfindliche Element und das Anzeigeelement (2, 3; 44; 52; 62; 66) innerhalb der Röhre zu einem beweglichen Körper (2, 40, 46, 54, 82, 84) zusammengekoppelt sind, wobei der bewegliche Körper (2, 40, 46, 54, 82, 84) so ausgelegt ist, dass er sich während jedes Temperaturzyklus innerhalb der Röhre linear in eine Richtung bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche der Röhre (1) mit in speziellen Abständen entlang der Röhre angeordneten Kerben (6) versehen ist und der bewegliche Körper (2) einen Satz von Flügeln oder Flanschen (3) aufweist, die mit den Kerben in der Wand der Röhre in Eingriff kommen und dabei eine Sperr-Ratsche bilden, welche es dem beweglichen Körper (2) nur dann ermöglicht, eine akkumulative lineare Bewegung innerhalb der Röhre durchzuführen, wenn die Längenveränderung während eines Thermozyklus die Distanz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kerben übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Körper einen Gewindestab (73) umfasst, der innerhalb der Röhre angeordnet ist, und dass zwei radförmige Muttern (82) mit gegen die Innenfläche der Röhre drückenden Sperrklinkenflügeln (76) am Stab derart in Abständen angebracht sind, dass die radförmigen Muttern dazu ausgelegt sind, sich jedes Mal, wenn der Temperaturzyklus die Temperaturschwelle übersteigt, in eine Richtung zu drehen und dabei entlang des Gewindestabes eine schrittweise Vorwärtsbewegung zu vollführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufzeichnungsmittel einen Stab (13) und das Anzeigeelement zwei mit Löchern versehene Scheiben (11) umfasst, die in Abständen an dem Stab (13) angeordnet sind, wobei die Löcher (15) etwas größer sind als der Durchmesser des Stabs und die Scheiben mit dem temperatur- und/oder druckempfindlichen Element (21) verbunden sind, das so ausgelegt ist, dass es die Scheiben senkrecht gegen den Stab in eine Sperrposition drückt und die Scheiben veranlasst, sich entsprechend der Längsausdehnung des Elements in eine Richtung entlang des Stabes vorwärtszugbewegen, wenn die Temperatur einen Schwellenwert übersteigt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das temperatur- und/oder druckempfindliche Element (2, 20, 40, 46, 54, 60, 21, 68, 84) aus einem Memory-Metall besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das temperatur- und/oder druckempfindliche Element (2, 20, 40, 46, 54, 60, 68, 84) aus einem Bimetall besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Körper aus einem hermetisch abgedichteten, gasgefüllten Dehngefäß (32) besteht, dessen Längsausdehnung durch die Ausdehnung des Gases bei steigender Temperatur zunimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Thermozyklus ein Autoklavieren unter positivem Druck umfasst und die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der bewegliche Körper aus einem hermetisch abgedichteten Dehngefäß (24, 32) besteht, dass so angeordnet ist, dass es durch den positiven Druck zusammengepresst wird, wobei die Zunahme der Längsausdehnung nach dem Autoklavieren die lineare Bewegung des Körpers in der Röhre hervorruft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, nach Anspruch 10 in Kombination mit Anspruch 8 oder 9 bzw. nach Anspruch 11 in Kombination mit Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufzeichnungsmittel ein zur schrittweisen Interaktion mit dem beweglichen Körper (40, 46, 54, 60, 86) ausgelegtes Bauelement (38, 42, 50, 58, 64, 86) oder ein Mittel (44, 52, 62) umfasst, das mit dem beweglichen Körper verbunden ist, wobei die Interaktion einen zur linearen Bewegung des Körpers in Beziehung stehenden veränderlichen Widerstand und/oder eine entsprechende Induktivität und/oder Kapazität hervorruft.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zwei längliche leitfähige Bahnen (38) aus einem Resistor-Material, einem Resistordraht oder ähnlichem umfasst, die im Inneren der Röhre (36) angeordnet sind, wobei die Bahnen durch den beweglichen Körper (40) oder durch das mit dem beweglichen Körper verbundene Mittel kurzgeschlossen werden, wodurch sich der elektrische Widerstand zwischen den leitfähigen Bahnen verändert, während sich der Körper in der Röhre vorwärtsbewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine um wenigstens einen Teil der Röhre (48) gewickelte Spule (50) und das Mittel einen axial ausgerichteten Stab (44) aus einem magnetischen oder nicht magnetischen Material umfasst, der sukzessive in die Röhre eingeschoben wird, während sich der Körper vorwärtsbewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Spule (58) umfasst, die wenigstens um einen Teil der Röhre gewickelt ist, wobei sich die Spulenwindungen pro Längeneinheit von einem Ende der Spule zum anderen linear vergrößern, und dass das Mittel ein kleines Bauelement (52) aus einem ferromagnetischen, unmagnetisierten Material umfasst, das sukzessive in die Spule eingeschoben wird, während sich der bewegliche Körper (54) vorwärtsbewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine leitfähige Umhüllung umfasst, die an wenigstens einem Teil des Inneren und Äußeren der Röhre vorgesehen ist, wobei die Oberfläche der Umhüllung sich von einem Ende der Röhre zum anderen derart verändert, dass eine Kapazität zwischen der Umhüllung und dem beweglichen Körper oder dem mit dem Körper verbundenen Mittel auftritt, welche sich gemäß den linearen Bewegungen des beweglichen Körpers verändert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufzeichnungsmittel eine optische Lesegabel (70) umfasst, die Licht erfasst, welches durch die Röhre (72) hindurch übertragen wird, und dass sich der bewegliche Körper (68) zu einem Ende hin verjüngt oder mit einem sich verjüngenden Element (66) verbunden ist, wodurch der Lichtstrahl graduell ausgeblendet wird, während sich der Körper vorwärtsbewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigeelement zwei Räder (82) umfasst, die in Abständen am Stab (73) angeordnet sind, wobei die Räder (82) sich nur in eine Richtung drehen können und mit dem temperatur- und druckabhängigen Element (84) verbunden sind, das so ausgelegt ist, dass sich die Räder für jeden Temperaturzyklus, in dem die Schwellentemperatur überschritten wird, schrittweise, d.h. um einen spezifischen Winkel, drehen.