DE2059837A1

DE2059837A1 - Durch Gasvolumen ausser Betrieb setzbare Fluessigkeitspumpvorrichtung

Info

Publication number: DE2059837A1
Application number: DE19702059837
Authority: DE
Inventors: Shaw Robert E
Original assignee: SHAW ROBERT E
Current assignee: SHAW ROBERT E
Priority date: 1969-12-05
Filing date: 1970-12-04
Publication date: 1971-06-16
Also published as: US3620650A; GB1337407A; NL7017753A; SE398599B; NL146387B; FR2072918A5; JPS5213037B1; ZA708088B

Description

S16 P3 D

HOBERT F. SHAW, San Francisco/Calif., USA

Durch Gasvolumen außer Betrieb setzbare Plüssigkeitspumproxrichtung

Priorität: 5. Dezember 1.969, USA_; Ser.No· 882,489

Ausgangspunkt der Erfindung;

Bestimmte bekannte Flüssigkeitspumpvorrichtungen wurden besonders dazu ausgebildet, um abgemessene Flüssigkeitsmengen in die Vene oder Arterie eines Patienten einzuführen«, Die Anwendbarkeit dieser Pumpvorrichtungen ist jedoch im allgemeinen durch den bedenklichen Machteil begrenzt, daß sowohl Gas ode2$uft als auch Flüssigkeit in die Vene oder Arterie eines Patienten zum Beispiel dann eingepumpt werden kann, wenn die Flasche oder ein anderer Flüssigkeitsvorratsbehälter geleert ist und sich das System mit Luft füllt. Es ist deshalb erforderlich, daß die Pumpvorrichtung und der FlüBSigkeitsvorrat häufig überwacht werden, um zu vermeiden, daß Luft in das Gefäßsystem des Patienten

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gepumpt wird. Dieses in sich gefährliche Arbeitsverfahren ist somit in seiner Anwendung teuer, und es ergibt sich eine nicht vollständig zufriedenstellende Arbeitsweise.

Zusammenfassung der Erfindung:

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Pumpvorrichtung angegeben, um in das Gefäßsystem eines Patienten durch einen zwangsläufigen Hub abgemessene Flüssigkeitsmengen einzuführen, wobei diese Pumpvorrichtung einen besonderen Schutz gegen die Einführung von Gas oder Luft aufweist, k Die erfindungsgemäße Pumpvorrichtung umfaßt eine Pumpkammer, die ein Restvolumen aufweist, das viele Male größer als das Hub- oder Verdrängungsvolumen ist, und die Vorrichtung besitzt ein vorgespanntes Auslaßventil, das in dem untersten Bereich des Restvolumens angeordnet ist. Durch eine sorgfältige Auswahl der miteinander in Beziehung stehenden Werte für das Verdrängungsvolumen, das Restvolumen und die Vorspannung des Auslaßventils wird sichergestellt, daß die vorliegende Pumpvorrichtung wahlweise ausser Betrieb gesetzt wird, so daß sie keine Flüssigkeit pumpt, wenn sich in der Pumpkammer ein vorbestimmtes Gasoder Luftvolumen befindet»

P Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsformen erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig« 1 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung;

Fig, 2 eine graphische Darstellung, in der die Beziehung zwischen der verdrängten Flüssigkeit, dem Volumen

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an gefangener luft in Einheiten des Verdrängungsvolumens und die Vorspannung dargestellt ist, die an dem Auslaßventil in der in Fig. 1 gezeigten Pumpvorrichtung wirkt;

Pig. 3 eine graphsiehe Darstellung, in der die Beziehung zwischen dem Flüssigkeitsdruck und dem Volumen an gefangenem Gas in Einheiten des Verdrängungsvolumens während des Betriebes der in Fig. 1 gezeigten Pumpvorrichtung dargestellt ist;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine elektromagnetisch betätigte Kolbenpumpvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine peristaltische bzw« wurmförmige oder rollenförmige Pumpvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 einen Schnitt durch eine mechanisch betätigte Balgpumpvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung vorzugsweiser Ausführungsformen:

In Fig. 1 ist eine vereinfachte bildliche Darstellung der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung gezeigt. Es ist üblich, das Volumen der Pumpkammer 9 in Einheiten des Hub- bzw. Verdrängungsvolumens des Kolbens 11 anzugeben. Demgemäß soll zum Zwecke der Erläuterung angenommen werden, daß die Pumpkammer ein, zwei oder mehrere Einheiten des Verdrängungsvolumens 13 umfaßt. Die Pumpkammer enthält ein Auslaßventil 15, das so vorgespannt ist, daß keine Flüssigkeit unterhalb eines ausgewählten Flüssigkeitsdruckes ausfließt, und es ist eine Einlaßvorrichtung 17 vorgesehen,

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aurch die Flüssigkeit in die Kammer 9 unter den Kolben gelangen kann, wenn sich der Kolben 11 in seiner maximalen Stellung vor einem Pumphub befindet. Eine Reservekammer 19 über dem Kolben 11 ist mit der Einlaßeinrichtung über eine Öffnung 21 gekoppelt und sie dient somit als ein Flüssigkeitsreservoir und als ein Auffangraum für Luft- oder Gasblasen, was weiter unten noch beschrieben werden soll. Der Kolben 11 und die Einlaßeinrichtung 17 wirken so miteinander zusammen, daß sich ein Druckgleichgewicht zwischen der Pumpkammer 9 und der Reservekammer 19 zwischen den einzelnen Pumphüben einstellen kann.

" Zum Zwecke der Erläuterung der Arbeitsweise des Systems soll der Fall angenommen werden, daß die Pumpkammer 9 lediglich ein Volumen von einer Einheit des Verdrängungsvolumens 13 aufweist (d„h„, daß das.Auslaßventil 15 in der Höhe 12 angeordnet is"t^. Bei dieser Ausführungsform wird bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 11 um eine Einheit des Verdrängungsvolumens, so daß er in seine unterste Stellung in der Höhe 12 gelangt, ein potentiell unendlich großer Flüssigkeitsdruck in der Kammer erzeugt, und in der Kammer selbst verbleibt kein Restvolumen. Diese Ausführungsform ist in idealer Weise für einen wirksamen und genauen Pumpvorgang von bekannten Flüssigkeitsvolumen ge-

h eignet, jedoch kann bei einem solchen Pumpvorgang unglücklicherweise sowohl Flüssigkeit als auch Gas oder Luft, die in dem Kammervolumen 13 enthalten sind, gepumpt werden.

Eine andere Situation ergibt sich jedoch, wenn die Pumpkammer vergrößert wird, so daß sie ein beträchtliches Restvolumen enthält. Unter diesen Bedingungen hängt, wenn eine Mischung aus Flüssigkeit und Gas vorliegt, die ge^ipumpte Flüssigkeitsmenge von der Vorspannung ab, die an dem Aus-

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laßventil 15 liegt. Es wird unter diesen Umständen, wie es in der graphischen Darstellung in Pig. 2 gezeigt ist, wenn in der Kammer 9 keine Luft gefangen ist, pro Arbeitshub des Kolbens sodann ein Flüssigkeitsvolumen gepumpt, des einem Verdrängungsvolumen 23 entspricht, was im wesentlichen unabhängig von der Vorspannung an dem Auslaßventil ist. Wenn jedoch in der Kammer &as gefangen ist, so ist das Flüssigkeitsvolumen, das aus der Kammer bei jedem Kolbenhub verdrängt wird, kleiner als eine Einheit des Verdrängungsvolumens; das tatsächliche Volumen ist eine Funktion sowohl des Volumens an gefangenem Gas als auch der Vorspannung, die auf das Auslaßventil wirkt, was aus der graphischen Darstellung der Figo 2 zu ersehen ist.

Fig«, 2 zeigt, daß die Flüssigkeitspumpvorrichtung außer Betrieb gesetzt wird, wenn das gefangene Gasvolumen 2, 2,5» 4 und 6x so groß wie das Hubvolumen ist, wenn der entsprechende Vordruck, der an dem Auslaßventil 15 vorgesehen wird, entsprechend 1,05; 0,7» 0,35 bzw» 0,21 kg/cm beträgt.

Daesim Hinblick auf eine sichere Arbeitsweise der vorliegenden Pumpvorrichtung bei medizinischen Anwendungen erwünscht ist sicherzustellen, daß lediglich Flüssigkeit und keine in der Kammer 9 gefangene Luft gepumpt werden kann, könnte man hieraus schließen, daß die an dem Auslaßventil vorgesehene Vorspannung so hoch wie möglich gewählt v/erden sollte, um sicherzustellen, daß der Pumpmechanismus selbst bei kleinen Luftblasen, die in der Flüssigkeitskammer 9 gefangen sind, außer Betrieb gesetzt wird. Aus der in Fig. 2 gezeigten graphischen Darstellung ist jedoch ersichtlich, daß die Pumpgenauigkeit und der Pumpenwirkungsgrad um so mehr abenhmen, je größer der Wert ist, der für die Vorspannung an dem Auslaßventil gewählt

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wird, wenn Luft- oder Gasvolumen in der Pumpkammer 9 gefangen sind, durch die die Pumpvorrichtung nicht außer Betrieb gesetzt werden kann» In diesen Fällen wird ein Teil des Kolbenhubvolumens benötigt, um die gefangene Luft oder das Gas zu komprimieren, um den Flüssigkeitsdruck auf einen Wert zu bringen, bei dem die Vorspannung an dem Auslaßvenbil 15 überstiegen v/ird, während lediglich durch den verbleibenden Teil des Kolbenhubvolumens Flüssigkeit aus der Kammer 9 durch das Auslaßventil 15 verdrängt wird. Somit sollte die Vorspannung an dem Auslaßventil 15 ausreichend hoch sein, um die Pumpvorrichtung außer Betrieb/^u K setzen, wenn sich ein bestimmtes Gasvolumen in der Pumpkammer 9 befindet, und die Vorspannung sollte nicht höher als erforderlich sein, da hierunter die Genauigkeit des Systems leidet.

Für das Auslaßventil 15 gibt es eine minimale Vorspannung, die überwunden werden muß, und dieser Wert wird durch die Höhe über dem Auslaßventil bestimmt, in der sich das FlUssigkeifcsreservoir möglicherweise befindet. Da die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer ^lasche oder einem anderen FlUssigkeitsvorratsbehälter verwandt werden kann, die Über dem Patienten aufgehängt werden können, so ^ muß der sich ergebende Flüssigkeitsdruck an dem Auslaß-' ventil 15 überwunden werden, um ein kontinuierliches Ausfließen der Flüssigkeit durch die Pumpkammer 9 und das Ventil 15 zwischen den Pumparbeitshüben unter dem Einfluß des sich ergebenden Flüssigkeitsdruckes zu verhindern. Es ist äußerst unwahrscheinlich, daß eine Vorratsflasche mehr als 1,8 bis 2,4 m über dem Auslaßventil 15 angeordnet wird, (was einem Flüssigkeitsdruck von annähernd 0,21 bis 0,28 kg/cm entspricht) weshalb eine Vorspannung von unge-

fähr 0,21 bis 0,28 kg/cm einen annehmbaren minimalen Wert für die Vorspannung darstellt, die an dem Auslaßventil

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vorgesehen werden muß, wenn die Vorrichtung zur Einleitung einer parenteralen Flüssigkeit verwandt werden soll. Im tatsächlichen Betrieb stellt eine Vorspannung von annähernd 0,35 kg/cm für diese Anwendungsart einen gut ausgewählten Wert dar, da dieser Wert einen geeigneten Sicherheitsfaktor im Betrieb vorsieht, der selbst dann ausreicht, wenn Ventilfedern oder dergleichen, durch die die Vorspannung eingestellt wird, weicher werden sollten oder zu Anfang unter ihrem vorgesehenen Wert liegen sollten.

In der graphischen Darstellung der Pig. 3 ist eine Schar von Kurven des Flüssigkeitsdruckes in der Pumpkammer 9 als Punktion der Zahl der Einheiten des in der Kammer 9 gefangenen Gas- oder Luftvolumens, ausgedrückt in Einheiten des Kolbenverdrängungsvolumens, angegeben. Der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 9 kann niemals den Wert der Vorspannung überschreiten, der an dem Auslaßventil 15 vorgesehen ist. Aus den oben erläuterten Gründen liegt der Wert für die Vorspannung bei der graphischen Darstellung der Fig. 3 um 0,35 kg/cm (justierter Druck) über dem Atmosphärendruck. Aus der graphischen Darstellung der Fig«, 3 }.äßt sich somit ablesen, daß, wenn in der Pumpkammer 9 ein Gasvolumen gefangen ist, das gleich dem Kolbenverdrängungsvolumen ist, ungefähr ein Viertel des Verdrängungsvolumens 22 dazu benötigt wird, um das Gas soweit zu komprimieren, daß die Auslaßvorspannung erreicht wird, und das von der Pumpe gepumpte Volumen 26 beträgt sodann ungefähr 3/4 des Kolbenverdrängungsvolumens. Wenn das Volumen des gefangenen Gases zweimal so groß wie das Kolbenverdrängungsvolumen ist, so beträgt das gepumpte Volumen 25 ungefähr die Hälfte des Kolbenverdrängungsvolumens. Wenn das Volumen des gefangenen Gases dreimal so groß wie das Kolbenverdrängungsvolumen ist, so beträgt das gepumpte Volumen 29 ungefähr 1/4 des

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Kolbenverdrängungsvolumens. Wenn jedoch das Volumen des gefangenen Gases viermal so groß wie dos Kolbenverdrängungsvolumen ist, so wird kein Volumen gepumpt« In diesem Pnlle wird der Kolbenhub dazu benötigt, den Flüssigkeitsdruck in der Kammer 9 bis auf den Wert der Vorspannung, die an dem Auslaßventil 15 vorgesehen ist, zu erhöhen, ohne daß dieser Druck die Vorspannung überschreitet. Die erfindungsgemäße Pumpvorrichtung, die mit einer Vorspannung an dem Auslaßventil von 0,35 kg/cm justiertem Druck arbeitet und ein Kammervolumen 13» 24, 27> 28 aufweist, das wenigstens viermal so groß wie die Einheit des Verdrängungsvolumens ist, kann deshalb keine Flüssigkeit mehr pumpen, wenn das Volumen an gefangenem Gas oder gefangener Luft in der Kammer ungefähr gleich dem Gesamtvolumen der Kammer 9 ist (doh. viermal so groß wie das Kolbenverdrängungsvolumen ist). Aus den graphischen Darstellungen der Fig, 2 und 3 läßt sich ersehen, daß auch andere Werte für die Vorspannung an dem Auslaßventil und für die Zahl der Verdrängungseinheiten des Restvolumens bei der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung verwandt werden können, die keine Flüssigkeit mehr pumpen kann, wenn sich in der Kammer ein bestimmtes Gasvolumen befindet. Um einen sicheren Betrieb zu ermöglichen, kann die erfindungsgemäße Pimpvorrichtung sodann ein Restvolumen umfassen, das um wen!gstens eine zusätzliche Einheit des Verdrängunggvolumens größer ist als es für ein Verdrängungßvolumen minimal erforderlich ist, um einen Fluiddruck (d.h. bei Vorhandensein von Gas in der Kammer 9) zu erzeugen, der annähernd gleich dem Wert der Vorspannung ist, die an dem Auslaßventil 15 vorgesehen wird. Das Auslaßventil 15 sollte in dem untersten Bereich des Restvolumens (wenn die Kammer 9 im wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist) angeordnet werden, um sicherzustellen, daß das Auslaßventil 15 immer in der flüssigen Phase in der Kammer 9 liegt. Wenn aus praktischen Erwä-

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gungen ein G-asvolumen von annähernd 4 Einheiten des Verdrängungsvolumens ein zu großes Restvolumen in der Kammer 9 erfordert, um zu vermeiden, daß die vorliegende Vorrichtung Luft piimpt, so kann die Vorspannung, die an dem Auslaßventil 15 vorgesehen wird, erhöht werden«. Wie aus den graphischen Darstellungen der -^ig» 2 und 3 zu ersehen isb, nimmt das G-asvolumen in der Kammer 9, bei dem die vorliegende Vorrichtung keine Flüssigkeit mehr pumpen kann, ab, wenn die Vorspannung an dem Auslaßventil 15 erhöht wird»

In Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine gut handliche hülsenförmige Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. . ( Bei dieser Ausführungsform umfaßt das äußere Gehäuse 61 einen Vorratsraum oder eine Blasenkammer 63, die Kammer 65, die die Pumpenbetätigungsvorrichtung und die Rückholfeder enthält, die Kolbenkammer 67, die das Verdrängungsvolumen bestimmt, die Kammer des Restvolumens 69 und die Kammer 71, in der das Auslaßventil angeordnet ist. Diese Kammern sind alle entlang der Flüssigkeitsströmungsrichtung durch die Pumpvorrichtung im wesentlichen in der genannten Reihenfolge angeordnet.

Der Kolben 73 besteht aus einem herkömmlichen, mit einem flexiblen Rand ausgestatteten schalenförmigen Kolben, der λ sich ein sehr kurzes Stück (das typischerweise aus wenigen tausendstel Zoll besteht), in Längsrichtung in die Kolbenkammer 67 hineinbewegt, wenn auf die Kolbenbetätigungsvorrich« tung eine elektromagnetische Kraft ausgeübt wird. Diese Betätigungsvorrichtung umfaßt eine Platte 75 aus einem magnetischen Material, die an einer aus Kunststoff oder einem anderen nicht aus magnetischem Material bestehenden Kolbenantriebsvorrichtung 77 befestigt (und am besten darin eingeschlossen) ist. Diese Kolbenantriebsvorrichtung, die mit dem Kolben 73 gekoppelt ist, ist in dem äußeren Gehäuse 61

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angeordnet und wird durch eine Feder 81 gegen Anschläge 79 an dem oberen Ende ihrer Bewegungsbahn gehalten. Die Platte 75 und die Kolbenantriebsvorrichtung 77 mit dem daran befestigten Kolben 73 werden zusammen durch den Elektromagneten 83 nach abwärts gezogen, der unter der Platte 75 um das Gehäuse 61 herum angeordnet ist, wenn der Elektromagnet mit einer vorgewählten Wiederholungsgeschwindigkeib durch elektrische Impulse von der Quelle 85 erregt wird.

In das obere Ende der Blasenkammer 63 fließt Flüssigkeit aus der Tropfkammer 35 ein und sodann im wesentlichen axial durch Öffnungen 86 in der Kolbenantriebsvorrichtung 77 hindurch bis zu der Oberseite des Kolbens 73. Aufgrund von Längsöffnungen, die in die Zylinderwand des äußeren Gehäuses 61 in der Umgebung des Kolbens 73 in seiner obersten Stellung eingeschnitten sind, kann Flüssigkeit um den Kolben vor einem Pumphub herum und In die Pumpkammer 67, 69 fließen. Sobald sich der Kolben 73 aus seiner obersten stellung abwärts bewegt, werden diese Öffnungen geschlossen, so daß das Volumen an verdrängter Flüssigkeit aus der Pumpkammer während einea Pumphubes lediglich durch das Auslaßventil 72 abfließen kann. In der unteren Kammer 71 des äußeren Gehäuses können geeignete Einrichtungen vorge-

^ sehen sein, um gefangenes Gas aus der Kammer "abzulassen", bevor die Pumpvorrichtung in Betrieb gesetzt wird. Z.B. kann der unterste Teil 78 des Gehäuses in Axial- oder Längsrichtung verschiebbar ausgebildet und durch Federn nach aufwärts gegen den Anschlag 74 vorgespannt sein« Somit wird, wenn der Gehäuseteil 78 von Hand abwärts gegen die Rückholkraft, die durch die Feder 76 ausgeübt wird, gedrückt wird, die Kraft der Auslaßventilfeder 72 abgebaut oder ausgeschaltet, wodurch Luft durch das Auslaßven-

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til "abströmen" kann. Wenn der Gehäuseteil wieder losgelassen wird, so wird dieser Gehäuseteil 78 wieder durch die Rückholfeder 76 gegen den Anschlag 74 gedrückt, wodurch wieder die richtige Vorspannung aufgebaut wird, die für das Auslaßventil 72 vorgesehen ist«

Solche Faktoren wie das Verdrängungsvolumen, das Restvolumen 69 und die Vorspannung für ein Ausströmen können in der Art und Weise bestimmt werden, wie es oben anhand der Jig, 1 und der graphiochen Darstellungen 2 und 3 beschrieben wurde. Zusätzlich kann das Volumen der Kammer 63 so gewählt werden, daß es größer als das Gesamtvolumen der Pumpenkammer ist, so daß Gas, das darin gefangen ist, durch die Öffnungen 87 wieder zurück entweichen kann, so daß es sich in unschädlicher Weise in der Kammer 63 ansammelt, Auch diese Kammer bildet ein reichliches Flüssigkeitsreservoir unter der Tropfkammer 35, so daß die Vorrichtung noch während eines vernüftig langen Zeitraumes kontinuierlich normal weiterarbeitet, nachdem die Flüssigkeitszufuhr aus dem Reservoir 33 aufgehört hat.

In Fig· 5 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung gezeigt, die in peristaltischer Weise arbeitet, um lediglich Flüssigkeit zu pumpen» Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt ein Stück einer biegsamen Röhre 31, die eine Fluidleitung von demVorratsbehälter 33 und der herkömmlichen Tropfkammer 35 zu der Hohlnadel oder dem Katheder 37 bildet, das in einer Vene oder einer Arterie des Patienten angeordnet ist. Die Pumpe enthält einen Amboss bzw. Prallstock 39» der auf einer Seite des Rohres 31 angeordnet ist, und der einen feststehenden Teil 41 und einen Ventilkörperteil 43 besitzt. An einem drehbaren Rollenträger oder Läufer 45 sind mehrere Arme 47 vorgesehen, von denen jeder an seinem Ende

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eine Rolle 49 trägt, um mit dem Rohr 31 in Eingriff zu kommen und um dieses Rohr gegen den Stator 41 so abzuquetschen, daß das Rohr geschlossen ist. Der winkelmäßige Abstand der Arme 47 des Läufers 45 ist größer als der gegenüberliegende Winkel, der durch die gebogene Fläche des Stators 41 gebildet wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Kammerteil des Rohres 31 > der sich von dem Auslaßventil 48 zu der oberen Kante 50 des Stators 41 erstreckt, vor jedem Pumpzyklus zu dem Fluiddruck von dem Vorratsbehälter 33 hin belüftet wird. Bei einer Drehung des Läufers 45 durch eine geeignete Einrichtung (z.B. durch einen mit variabler Geschwindigkeit arbeitenden, federge^riebenen oder batteriebetätigten Motor) wird somit bewirkt, daß eine Rolle 47 das Rohr 31 abquetscht und dadurch die Fluidmenge verdrängt, die lediglich in dem Stück des Rohres 31 enthalten ist, das an der gebogenen Oberfläche des Stators 41 anliegt. Das verbleibende Stück des -"Ohres 31» das zwischen der unteren Kante 52 des Stators 41 und dem Auslaßventil 48 liegt, dient als Restvolumen der Pumpenkammer, die durch die gesamte Länge des ^ohres 31 von der oberen Kante 50 bis zu dem Auslaßventil 48 gebildet wird. Dieses Restvolumen (oder üblicher, diese Restlänge, über die das Rohr 31 einen bekannten Innendurchmesser besitzt) kann somit nach denselben Überlegungen ausgewählt werden, wie sie

W oben anhand der *ig. 1 und der graphischen Darstellungen der ^¹Ig. 2 und 3 erörtert wurden» DerVfert der Auslaßvorspannung wird durch die Feder 54 bestimmt, die die Federung des Rohres 31 überwindet und das Rohr gegen den Ventilkörper 43 abquetscht, so daß es geschlossen ist. TJm gleichzeitig die Pumpgeschwindigkeit optisch bequem überwachen zu können, wird vorzugsweise das bei jedem Pumpenhub verdrängte Volumen so gewählt, daß es annähernd gleich dem Volumen eines Tropfens der zu pumpenden Flüssigkeit ißt

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(annähernd 1/10 bis 1/50 cbcm) so daß man anhand der Iropfgeschwindigkeit, wie sie in der £öropfenkammer 35 beobachtet werden kann, eine schnelle Anzeige des Hüssigkeitsvolumens erhält, das pro- Zeiteinheit gepumpt wird,,

Bei dieser und anderen praktischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, da die Pumpvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie keine flüssigkeit mehr pumpt, wenn Gas in der Pumpkammer vorhanden ist, notwendig, Gas abzulassen, das sich in der Kammer angesammelt haben kann, wenn die Pumpe anfänglich in Betrieb gesetzt wird. Ein zweckmäßiges Verfahren, das angewandt werden kann, besteht einfach darin, das Auslaßventil 48 zu Beginn außer Betrieb zu setzen (was etwa dadurch geschehen kann, daß die !Federkraft abgeschaltet wird, die das ^Kohr 31 so zusammenquetscht, daß dieses geschlossen ist) bo daß die gesamte Leitung von dem Vorratsbehälter 33 bis zu dem Katheder 37 mit Flüssigkeit gefüllt werden kann« Zu diesem Zweck kann ein Druckentlastungsknopf 56, der durch eine Feder gegen den Prallstock 39 vorgespannt ist, vorübergehend aus seiner normalen Stellung gegen einen Anschlag 57 zurückgezogen werden,-um die Federkraft auszuschalten und um dadurch die Luft aus dem System abströmen zu lassen. Der Druckentlastungsknopf 56 ist durch eine leder gegen den Anschlag 57 hin vorgespannt, um sicherzustellen, daß das Auslaßventil 48 wieder richtig eingestellt wird, wenn der Druckentlastungsknopf 56 freigegeben wird, nachdem das "Abströmen" der Luft abgeschlossen ist. Zusätzlich kann bei einer Pumpvorrichtung mit einer im wesentlichen axial symmetrischen Ausbildung, wie sie etwa in den -^ig» 4 und 6 dargestellt ist, oder dergleichen zweckmäßigerweise eine zusätzliche ^icherheitsvorkehrung getroffen werden, um den Betrieb der Vorrichtung zu unterbinden, wenn das mit eine?.¹ Vorspannung arbeitende Auslaßventil nach einem "Abström " -Vorgang nicht

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geeignet sitzt₀ Besonders der Teil des äußeren Gehäuses, der das Auslaßventil umgibt, kann einen nicht ausgerichteten Mhrungsstift oder -zapfen umfassen oder er kann allgemein eine geänderte äußere Form oder Abmessungen aufweisen, wenn das vorgespannte Auslaßventil nicht wieder richtig sitzt, so daß die Pumpvorrichtung nicht in Bezug auf die Pumpenbetätigungsvorrichtung in Betrieb gesetzt werden kann, wie es zum Beispiel bei der in Pig· 4 gezeigten Ausführungsform der Pail ist, bei der eine Bezugsbasis 66 in einer festen Beziehung zu und im Abstand von dem oberen Ende der Spule 83 angeordnet ist.

In Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer frei verfügbaren, hülsenförmigen Pumpvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt» Bei dieser Ausführungsform enthält das äußere Gehäuse 91 eine Pumpkammer 93» die biegsame Kammerwände 95 besitzt« Bei dieser Ausführungsform sind die Reibung und der Abrieb, wie sie bei sich bewegenden Kolbenteilen auftreten ausgeschaltet, und der Pumphub kann dadurch erzeugt werden, daß die Kammer etwa in axial- oder Längsrichtung zusammengedrückt wird, um ihr Volumen zu ändern.

Es können geeignete Einrichtungen, wie etwa ein mit veränderlicher Geschwindigkeit arbeitender, durch eine Feder angetriebener oder durch eine Batterie betätigter Motor, verwandt werden, um die in axialer Richtung wirkende Kompressionskraft zu erzeugen, die erforderlich ist, um eine kleine Abnahme (die tv.pischerweise bei wenigen Tausendstel eines Zolls liegt) in der Längsahmesaung der Kammer 93 zu erzeugen. Die Einlaßeinrichtung zu der Pumpkammer 93 enthält ein Ventil, das sich beim Beginn einet; Pumpenzyklus öohließt, um sicherzustellen, daß verdr^n^te Flüssigkeit

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während eines Pumpenzyklus lediglich aus der Pumpkammer dadurch ausgestoßen wird, daß diese Flüssigkeit durch das Auslaßventil 103 abgeleitet wird. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Einlaßventil zwei Ventilsitzflächen 96 und 98 mit einer Öffnung 101 durch die obere Ventilsitzfläche in die Blasen- oder Vorratsbehälterkammer 105. So liegen die beiden Ventilsitzflächen 96 und 98, wenn sich die Kammer 93 vor einem Pumpenhub in der maximal ausgedehnten Stellung befindet, im Abstand voneinander, so daß Fluid von der oberen Vorratsbehälterkammer 105 durch die Öffnung 101 und zwischen den Ventilsitzflächen in die Pumpkammer 93 fließen kann« Da jedoch eine der Ventilsitzflächen 96 an den ballförmigen Wänden des äußeren Gehäuses 91 angebracht ist, so daß sie sich gegenüber der anderen Ventilsitzfläche 98 bewegen kann, wird der Durchgang für die Fluidströmung zwischen diesen Ventilsitzflächen und durch die Öffnung 101 geschlossen, so daß das Fluidvolumen, das während eines Pumpenhubes aus der Kammer 93 verdrängt wird, lediglich durch das Auslaßventil 103 abfließen kann,, Die anderen Faktoren, wie etwa das Verdrängungsvolumen, das Restvolumen und die Ausfließvorspannung können in der Weise bestimmt werden, wie es bereits oben anhand der Fig. 1 und der graphischen Darstellungen der Figo 2 und 3 erläutert wurde.

Somit wird die erfindungsgemäße Pumpvorrichtung außer Betrieb gesetzt, so daß sie keine Flüssigkeit mehr pumpen kann, wenn ein vorbestimmtes Gas- oder Luftvolumen in der Pumpkammer vorliegt. Eine derartige Pumpenvorrichtung ist somit in idealer Weise für eine zwangsläufige Verdrängung einer Flüssigkeit bei einer medizinischen Infusion geeignet, bei der ein hoher Sicherheitsgrad und eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist, um eine Verletzung oder die

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Tötung eines Patienten durch eine zufällige Injektion von Luft in die Yenen oder die Arterien eines -Patienten zu verhindern.

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Claims

Patentansprüche

(iJ Flüssigkeitsinfusionsvorrichtung um wahlweise eine Flüssigkeit zu pumpen, die in einem System, in dem Gas vorhanden sein kann, unter einem Umgebungsdruck aufgenommen wird, wobei die Vorrichtung eine Kammer zum Abschließen eines Fluidvolumens, einen Einlaß für die Kammer, an dem die Flüssigkeit aufgenommen werden kann, ein Auslaßventil für die Kammer und eine Pumpvorrichtung ,enthält, die so wirkt, daß das "Volumen der Kammer verringert wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Auslaßventil (15) gegen ein Ausfließen des Fluids durch das Auslaßventil bei Fluiddrucken, die unter einem vorbestimmten Wert liegen, der größer als der Umgebungsdruck ist, bei dem die Flüssigkeit an dem Einlaß aufgenommen wird, vorgespannt ist, und daß das Auslaßventil so angeordnet ist, daß es mit Flüssigkeit in der Kammer (13, 24, 27, 28 ) in Verbindung steht, wenn Gas in der Kammer vorhanden ist, daß die Pumpvorrichtung (11) während eines Flüssigkeitsverdrängungszeitraumes das Volumen der Kammer um ein vorbestimmtes Verdrängungsvolumen (13) in dem Maße verringert, daß in der Kammer ein Restvolumen (24, 27, 28) verbleibt, das größer als das vorbestimmte Verdrängungsvolumen ist, und daß der Einlaß zwischen den Flüssigkeitsverdrangungszeiträumen einen Fluiddurchgang in die Kammer gestattet, um im wesentlichen den Fluiddruck in der Kammer an den Umgebungsdruck der Flüssigkeit an dem Einlaß vor einem Flüssigkeitsverdrängungszeitraum anzupassen, und ein Ausfließen aus der Kammer über den Einlaß während eines FlüBsigkeitsver«- dränguiiKszeitraumes verhindert«,

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis des Volumens der Kammer zu dem Verdrängungsvolumen größer als das Verhältnis des auf das Auslaßventil wirkenden Vorspannungsdrucks zuzüglich des Atmosphärendrucks zu dem Vorspannungsdruck an dem Auslaßventil ist.
3ο Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das vorgespannte Ventil (15) in dem untersten Bereich des Restvolumens der ^anuner angeordnet ist, so daß es mit der in der ^ammer enthaltenen Flüssigkeit in Verbindung steht, wenn gleichzeitig Gas in der Kammer vorhanden ist,
4» Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Element, das mit der Kammer in dem untersten Bereich des Restvolumens der Kammer in der Nähe des Auslaßventils gekoppelt ist, um wahlweise Gas aus der Kammer abströmen zu lassen, um eine Verbindung zwischen der -Flüssigkeit in der Kammer und dem Auslaßventil herzustellen.
5» Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Verdrängungsvolumen annähernd gleich dem Volumen eines Tropfens einer Flüssigkeit ist, die dem/ßinlaß zugeführt wird«
6, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Einlaß eine Reeervekammer (63, 105) umfaßt, die eimm Durchlaß (37, 101) aufweist, der zwischen der Kammsr (.:>9» 93) und der ReLervekamnier verläuft, und die ein gi-ö;,;. ."es Volumen

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als das Re st volumen "besitzt, und daß der Durchlaß das Ausfließen des Fluids aus der ^Kammer durch den Durchlaß während des FlüssigkeitsverdrängungsZeitraumes sperrt.
7« Vorrichtung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpvorrichtung, die so wirkt, daß sie das Volumen der Kammer verringert, eine "bewegliche Wand umfaßt, die eine das Fluid begrenzende G-renzwand der Kammer "bildet, und daß eine mit der Pumpvorrichtung gekoppelte Betätigungsvorrichtung die Stellung der Wand ändert, um das Volumen der Kammer um das vorbestimmte Verdräigmgsvolumen während des Plüssigkeitsverdrängungszeitraumes zu verringern,
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der vorbestimmte Wert des an dem Auslaßventil wirkenden Vorspanndrucks größer als 0,21 kg/cm ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der vorbestimmte Wert des an dem Auslaßventil wirkenden Vorspann-

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drucks annähernd 0,35 kg/cm beträgt, und daß das Restvolumen der Kammer wenigstens annähernd viermal größer als das vorbestimmte Verdrängungsvolumen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet , daß das mit der Kammer gekoppelte Element (74) von Hand aus einer normalen Betriebsstellung in eine Stellung bringbar ist, in der an dem Auslaßventil nicht mehr der vorbestimmte Vorspanndruck wirksam ist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine federnde Vorspanneinrichtung (76) mit dem Element (74) gekoppelt ist, um das Element nach einer von Hand eingestellten Freigabestellung in die normale Betriebsstellung zurückzuführen, um eine ausfallfreie Wiedereinstellung des vorbestimmten Wertes für den Vorspanndruck zu erreichen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung (66), die mit

w dem Element (74) zusammenwirkt, um einen normalen Betrieb der Pumpvorrichtung zu verhindern, wenn das Element ungeeignet angeordnet ist, so daß sich der vorbestimmte Wert des Vorspanndrucks nicht einstellen kann,
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpvorrichtung, die so wirkt, daß sie das Volumen der Kammer verringert, einen Kolben (73) umfaßt, der in der Kammer entlang einer Bahn bewegbar ist, und daß der Einlaß einen Fluidkanal (87) umfaßt, der in der Kammerwand in der Nähe des Kolbens ausgespart ist, um Fluid in die Kammer einzuleiten, während

L· sich der Kolben auf seiner Bewegungsbahn in einer Stellung befindet, die er vor dem Flüssigkeitsverdrängungszeitraum einnimmt, und um eine Fluidströmung aus der Kammer heraus zu sperren, wenn sich der Kolben während des Flüssigkeitsverdrängungszeitraumes über seine Bewegungsbahn bewegt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben ein magnetisches Material aufweist, und daß eine einen Magnetfluß erzeugende Einrichtung (83) magnetisch mit dem Kolben gekoppelt ist, um die Stellung des Kolbens zu ändern, um das Volumen der Kammer zu verringern.

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15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpvorrichtung, die so wirkt, daß sie das Volumen der Kammer verringert, in Längsrichtung dehnbare Seitenwände (95) aufweist, die zwischen einer oberen und einer unteren Begrenzungswand angeordnet sind, die die Kammer bilden, daß der Einlaß eine Öffnung (101) aufweist, die durch die obere Wand in die Kammer führt, daß ein Ventil in Bezug auf die Öffnung vorgesehen ist, um eine Fluidströmung durch das Ventil in die Kammer zu gestatten, um eine vorbestimmte Längsausdehnung der Seitenwände zu erreichen, und um eine Pluidströmung durch die Ventile bei einer Verringerung der Längsausdehnung der Seitenwände zu verhindern, und daß die Betätigungsvorrichtung mit den Seitenwänden gekoppelt ist, um die Längsausdehnung der Seitenwände zyklisch zwischen vorbestimmten Abmessungen mit einer vorbestimmten Wiederholungsfrequenz zu ändern.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpvorrichtung eine vorbestimmte Länge eines federnden, flexiblen Rohres (31) aufweist, das einen inneren, das Fluid begrenzenden Durchgang mit einem im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt über seine Länge besitzt, und daß die Betätigungsvorrichtung (.45) so angeordnet ist, daß sie in Bezug auf das Rohr drehbar ist, um das Rohr abzuquetschen, um den Durchgang in dem Rohr zu schließen und um die Abquetschstelle des Rohres über einen vorbestimmten Teil der Länge des Rohres aus einer ersten Grenzetellung in der Nähe eines Fluideinlaßendes für den inneren Durchgang in eine zweite Grenzstellung, die von der ersten Grenzstellung entfernt liegt, entsprechend der Drehung der Betätigungsvorrichtung vorwärts zu bewegen, und daß das Auslaßventil eine weitere Betätigungßvorrichtung besitzt, durch die der vorbestimmte Wert des Vorspanndruckes dadurch erzeugt wird, daß das Rohr federnd abgequetscht wird, um den Durchgang durch das Rohr an einer Stelle entlang dem

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Rohr zu verschließen, die von dem Pluideinlaßende entfernt und in einem Abstand von der zweiten G-renzstelle liegt, der größer als der Abstand auf dem vorbestimmten Teil des Rohres zwischen der ersten und der zweiten Grenzstelle ist«

17« Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die drehbare Betätigungsvorrichtung (45) so in Bezug auf das Rohr (31) angeordnet ist, daß während eines Teils des Drehzyklus der Betätigungsvorrichtung ein unverschlossener innerer Durchgang durch das Rohr von dem Fluideinlaßende des Rohres zu der anderen Betätigungsvorrichtung vorhanden ist und daß danach während eines anderen Teils des Drehzyklus der Betätigungsvorrichtung der innere Durchgang durch das Rohr an einer Stelle entlang des Rohres verschlossen wird, die über die vorbestimmte Länge des Rohres von der ersten Grenzstelle zu der zweiten Grenzstelle entsprechend der Drehung der drehbaren Betätigungsvorrichtung vorrückt.

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