DE4013403A1 - Vorrichtung zur erkennung der innendruckverhaeltnisse in flexiblen leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in flexiblen Leitungen, vorzugsweise in schlauch- oder kissenförmigen Leitungen bzw. flexiblen Containern der Medizin-Technik, nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Eine bisher bekannte Vorrichtung zur Erkennung der Innen­ druckverhältnisse in Form eines Druckaufnehmers weist einen Drucksensor auf, der mit einer Übertragungseinrichtung in Form einer Membrane einer Zweigleitung der zu untersuchenden Leitung in Wirkverbindung steht. Die Membran ist der Teil einer in der Zweigleitung ausgebildeten Zelle und überträgt ihre Bewegung auf einen mit einer verstellbaren Feder ver­ sehenen Mikroschalter, woraus die Innendruckverhältnisse ermittelt werden können.

Eine weitere bekannte Vorrichtung weist einen Drucksensor auf, der mit einer Übertragungseinrichtung in Form einer Membrane versehen ist, die ein Teil der zu untersuchenden Leitung selbst ist.

Die erste der genannten Vorrichtungen ist jedoch insoweit nachteilig, als durch das Vorsehen einer Zweigleitung und einer in dieser ausgebildeten Membrane im Bereich einer Leitungszelle ein relativ hoher Aufwand erforderlich ist, wobei zudem die Innendruckverhältnisse nicht direkt in der zu untersuchenden Leitung erfaßt werden können, sondern, wie gesagt, in der von dieser abzweigenden Leitung. Hieraus ergeben sich insbesondere in manchen Anwendungsbereichen, wie vor allem der Medizin-Technik, Probleme hinsichtlich ungenügender Empfindlichkeit der Messung. Ferner sind beide Geräte relativ teuer und müssen sterilisiert werden, was er­ hebliche Zusatzkosten ergibt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor­ richtung zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in fle­ xiblen Leitungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, die eine Messung des im Innern der flexiblen Leit­ tung herrschenden Druckes ohne Verwendung besonderer Membra­ nen oder ähnlicher Zusatzeinrichtungen mit hoher Empfind­ lichkeit ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des An­ spruches 1.

Hierdurch wird zunächst erreicht, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung direkt von außen an die zu untersuchende Leitung angelegt werden kann, ohne daß sonstige Hilfsmittel erfor­ derlich sind. Durch die Verformung der Leitung ergibt sich eine beträchtliche Erhöhung der Empfindlichkeit, da es an­ sonsten häufig sehr hoher Drücke bedarf, um flexible Leitun­ gen von ihrem Normalzustand in einen durch Innendruck ausge­ dehnten Zustand zu überführen.

Ferner wird durch die Verformung der Leitung die Angriffs­ fläche für den Expansionsdruck vergrößert und die Flexibili­ tät der Leitung wird so genutzt, als ob sie auch bei rundem Querschnitt kissenförmig wäre. Hieraus ergeben sich beson­ ders günstige Verhältnisse zur direkten Aufnahme des lnnen­ druckes.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Mit der Erfindung wird somit eine Vorrichtung geschaffen, deren bewegliche Platte vorzugsweise so leicht ist und so leichtgängig geführt wird, daß das Gewicht der beweglichen Platte und die Reibungsverluste bei der Führung praktisch vernachlässigbar sind.

An der der Leitung abgewandten Seite der Platte ist vorzugs­ weise ein Stößel angebracht, der mit einer konvexen Auflage­ spitze versehen sein kann, deren Krümmungsradius je nach An­ wendungsfall anpaßbar ist. Der Stößel wirkt hierbei auf die Membran eines genügend empfindlichen Drucksensors ein. Durch die Transformation des Flächendruckes, der an der Kontakt­ stelle zwischen der Leitung, die sich bei Zunahme des Innen­ druckes nach außen wölbt, und der beweglichen Platte sowie der Punktauflage des konvexen Stößels der Membran des Druck­ sensors gegenüber entsteht, wird unter Berücksichtigung der Verhältnisse, insbesondere der Leitungscharakteristiken, ausreichend Kraft geschaffen, um den Drucksensor zu betäti­ gen.

Die zuvor angesprochene Krümmung der Stößelspitze kann hier­ bei zur Kennlinienbeeinflussung der Drucksensorauflösung herangezogen werden.

Um die Restelastizität der verformten Leitung berücksichti­ gen zu können, ist eine Erkennungseinrichtung vorgesehen, die die Restelastizität abfängt. Hierfür kann mit einer ge­ eigneten Anordnung nach einer kurzen Anfangsphase die geo­ metrische Funktion, nach der die elastische Verformung in eine plastische übergeht, ermittelt werden. Hierzu wird die Rückstellkraft der verformten gekrümmten Randbereiche in der Übergangszeit zwischen der elastischen und plastischen Ver­ formung ermittelt. Dies ermöglicht die Ermittlung von Kenn­ linien, die einen Basisdruck wiedergeben, auf dessen Grund­ lage die Messung der Innendruckverhältnisse erfolgt. Dies ergibt mit anderen Worten die Möglichkeit, eine Verfälschung der lnnendruckmeßergebnisse durch die Verformung der Leitung zu verhindern. Es ist jedoch auch möglich, daß die Vorrich­ tung auf einen einzigen Schlauchtyp beschränkt wird, dessen Kennlinie dann als einzige Kennlinie in der Vorrichtung ge­ speichert wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematisch stark vereinfachte Schnittdarstel­ lung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise ei­ ner Erkennungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erkennung der lnnendruckverhältnisse in flexiblen Leitungen in stark vereinfachter Darstellung ge­ zeigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist insbesondere zur Erkennung der lnnendruckverhältnisse bei schlauch- oder kissenförmigen flexiblen Leitungen bzw. Containern der Medi­ zin-Technik geeignet, da sie eine sehr hohe Empfindlichkeit hat, die vor allem für medizinische Zwecke erforderlich ist.

Die Vorrichtung 1 weist einen Drucksensor 2 auf, der in üb­ licher Art und Weise ausgebildet sein kann und eine Druck­ aufnahmefläche 3 umfaßt.

Ferner weist die Vorrichtung 1 eine Übertragungseinrichtung 4 auf, die eine Leitung 5, deren lnnendruckverhältnisse zu erfassen sind, wirkungsmäßig mit dem Drucksensor 2 koppelt.

Die Übertragungseinrichtung 4 der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung 1 umfaßt eine unbewegliche bzw. stationäre Platte 6, die beispielsweise der Teil eines auf- und abklappbaren Dec­ kels eines nicht näher dargestellten Gehäuses der Vorrich­ tung 1 sein kann. Ferner weist die Übertragungseinrichtung 4 eine bewegliche Platte 7 auf, die im nicht näher dargestell­ ten Gehäuse reibungsarm geführt und möglichst leicht ausge­ bildet ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die bewegliche Platte 7 an ihrer der Leitung bzw. dem Container 5 abgewand­ ten Seite mit einem Stößel 8 verbunden. Der Stößel 8 weist vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt auf und ist an seinem freien Ende mit einem konvexen Anlageteil bzw. Kopf 9 ver­ bunden. Der gekrümmte Stirnflächenbereich 10 kann in seiner Konvexität variieren. Er wird in jedem Falle so ausgebildet, daß es zu einer Punktauflage des Anlageteiles 9 auf der Flä­ che 3 des Drucksensors 2 kommt.

Zur möglichst reibungsarmen Führung der beweglichen Platte 7 ist diese bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform über ihren Stößel 8 in einer Gleitführung bzw. Gleitlagerung 11 geführt, die ebenfalls Teil des Gehäuses sein kann.

Fig. 1 zeigt, daß die Leitung 5 zwischen den Platten 6 und 7 eingespannt ist. Hieraus resultiert eine Vorspannung der Leitung 5 der Art, daß zwei im wesentlichen parallel zuein­ ander angeordnete Wandabschnitte 12 und 13 gebildet werden. Diese Art der Vorspannung vergrößert die Angriffsfläche für den Innendruck der Leitung 5, so daß sich eine Drucktrans­ formation auf den Sensor 2 ergibt, da der Stößel bzw. dessen Anlageteil 9 eine zumindest im wesentlichen punktförmige Auflage auf dem Drucksensor 2 schaffen.

Ferner verdeutlicht die Darstellung der Fig. 1, daß bei Er­ höhung des Innendruckes der Leitung 5 die bewegliche Platte 7 im wesentlichen in einer Richtung bewegt wird, die senk­ recht zu den Wandabschnitten 12 und 13 steht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann ferner mit einer in Fig. 1 nicht näher dargestellten Absperreinrichtung versehen sein, die im Bedarfsfalle die Leitung 5 vollständig bloc­ kiert. Vorzugsweise kann die Absperreinrichtung 5 mit dem Drucksensor 2 bzw. einer dessen Signale auswertenden Auswer­ teeinheit und Steuereinrichtung verbunden sein, so daß sie von dieser Steuereinrichtung im Bedarfsfalle betätigt bzw. gelöst wird. Die Absperreinrichtung kann beispielsweise im Bereich der Medizin-Technik aus Sicherheitsgründen erforder­ lich sein, falls es beim Auftreten gewisser Druckverhält­ nisse beispielsweise erforderlich ist, die Leitung 5 abzu­ sperren, weil diese eine Infusionsleitung o. ä. darstellt.

Um die Verformung der Leitung bzw. des Containers 5 bei der Innendruckbestimmung zu berücksichtigen, ist die erfindungs­ gemäße Vorrichtung 1 ferner mit einer nicht näher darge­ stellten Erkennungseinrichtung versehen, deren Funktion sich jedoch aus der Darstellung der Fig. 2 ergibt. In Fig. 1 sind beispielhaft drei Basisdruck-Kennlinien B₁, B₂ und B₃ dar­ gestellt. Diese Basisdruck-Kennlinien 1 symbolisieren unter­ schiedliche Leitungstypen, deren Charakteristiken vor allem von den verwendeten Materialien und den Abmessungen abhän­ gen. Die Basisdruck-Kennlinien B₁ bis B₃ werden von der Er­ kennungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 durch Bestimmung eines Anfangsgradienten G_A ermittelt. Diese Ermittlung kann beispielsweise durch ein mathematisches Mo­ dell erfolgen, auf dessen Basis die Erkennungseinrichtung nach der Bestimmung des Anfangsgradienten G_A den Kennlinien­ verlauf bestimmen kann. Da somit die Ausdehnungscharakte­ ristiken sowie die Restelastizität der verformten Leitungen bestimmbar ist, kann die Innendruckmessung ohne Beeinflus­ sung durch die Verformung vorgenommen werden. In Fig. 1 sind beispielhaft zur Verdeutlichung der Innendruckmessung einige Druckstöße dargestellt, die als Auslenkungen auf den Basis­ druck-Kennlinien B₁ bis B₃ verdeutlicht sind.

Grundsätzlich sind bei dieser Basisdruck-Erkennung zwei Mög­ lichkeiten gegeben. lm einen Falle kann die Erkennungsein­ richtung mit einem Speicher versehen sein, der mit experi­ mentell ermittelten Kennlinien einer Vielzahl von unter­ schiedlichen Leitungen, Schläuchen oder Containern geladen ist, so daß durch einen Vergleich zwischen aufgenommener geometrischer Funktion und gespeicherter Kennlinie ermittelt werden kann, um welchen Schlauchtyp es sich handelt.

Bei einem weiteren Modell ist es möglich, nur durch Bestim­ mung des Anfangsgradienten die Kennlinie zu extrapolieren, was den Vorteil mit sich bringt, daß eine derartige Erken­ nungseinrichtung unabhängig vom Schlauchtyp universell an­ wendbar ist.

Claims (15)

1. Vorrichtung (1) zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in flexiblen Leitungen, vorzugsweise schlauch- oder kis­ senförmigen flexiblen Leitungen oder Containern der Me­ dizin-Technik,

• - mit zumindest einem Drucksensor (2) und
• - mit zumindest einer Übertragungseinrichtung (4) zur wirkungsmäßigen Kopplung der Leitung (5) und des Drucksensors (2); dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Übertragungseinrichtung (4) eine unbewegliche und eine bewegliche Platte (6 bzw. 7) aufweist, zwi­ schen denen die Leitung (5) angeordnet ist, wobei die bewegliche Platte (7) die Kopplung mit dem Drucksen­ sor (2) bewirkt, und
• - daß die Leitung (5) zwischen den Platten (6, 7) vorge­ spannt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (5) in vorgespanntem Zustand zwei im wesent­ lichen parallel liegende Wandabschnitte (12, 13) auf­ weist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung der beweglichen Platte (7) in einer Rich­ tung im wesentlichen senkrecht zum Wandabschnitt (13), an dem die bewegliche Platte (7) anliegt, erfolgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die bewegliche Platte (7) mit einem Stößel (8) versehen ist, der auf der der Leitung (5) ab­ gewandten Plattenseite der beweglichen Platte (7) ange­ ordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (8) an seinem freien Ende ein konvexes Anla­ geteil (9) aufweist, das am Drucksensor (2) anliegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stößel (8) reibungsarm geführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die bewegliche Platte (7) und der Stößel (8) ein niedriges Gewicht im Vergleich zu den auftretenden Auslenkungskräften haben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge­ kenzeichnet, daß die feste Platte (6) Teil eines auf- und zuschließbaren Gehäusedeckels ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur möglichst reibungsarmen Führung der beweglichen Platte (7) der Stößel (8) in einer Lage­ rung (11) geführt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, gekennzeich­ net durch eine Absperreinrichtung, die die Leitung (5) im Bedarfsfall sperrt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung in Abhängigkeit vom gemesse­ nen Druck betätigbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, gekenn­ zeichnet durch eine Erkennungseinrichtung, die den Lei­ tungstyp durch Ermittlung der Rückstellkraft in der Übergangszeit vom elastischen Zustand in den plastischen Zustand bestimmt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennung durch Bestimmung eines Anfangsdruck­ gradienten (G_A) pro Zeiteinheit erfolgt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erkennung eine Vergleichereinrichtung zum Vergleich zwischen dem ermittelten Druckverlauf und zuvor in einer Speichereinrichtung eingegebenen experi­ mentell bestimmten Druckverläufen unterschiedlicher Lei­ tungstypen ausgeführt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erkennung aus dem Anfangsgradienten (G_A) der Druckverlauf errechnet wird.