Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten
Die Feindosierung von Flüssigkeiten, wie sie z. B. in der Medizin bei parenteralen Infusionen, in der chemischen Industrie bei der Titrierung von Lösungen und zur Steuerung geswisser Prozesse, bei welchen eine Flüssigkeit in genau dosierter Menge in ein Reaktionsgefäss eingeleitet werden muss, erforderlich ist, wird bis anhin in der Weise vorgenommen, dass der Querschnitt der die in Frage stehende Flüssigkeit führenden Leitung an einer Stelle verändert wird. Zu diesem Zweck wird bei Tropfeninfusionen der die Flüssigkeit führende Schlauch durch eine Quetsch- oder Knickvorrichtung verengt, und in der chemischen Industrie wird, wenn die Feindosierung der Flüssigkeit nicht ebenfalls in dieser Weise vorgenommen wird, in der Flüssigkeitsleitung ein Regulierventil vorgesehen.
Bei derartigen Veränderungen des Durchflussquerschnittes nimmt, wenigstens wenn eine runde Durchflussöffnung vorausgesetzt wird, der Durchflusswiderstand in der vierten Potenz mit dem Radius zu und demzufolge die Durchflussmenge in der vierten Potenz ab. Dies hat zur Folge, dass die Einregulierung der Durchflussmenge umso kritischer wird, je kleiner die Tropfenzahl wird. Eine oft verwendete Durchflussmenge von etwa 20 Tropfen pro Minute entspricht ungefähr 1 ml. Für die Einregulierung einer solchen Durchflussmenge mit einer Genauigkeit von + 10-15 O/o benötigt z. B. eine Krankenschwester 2-5 Minuten. Eine Tropfenzahl von 5/min, wie sie klinisch oft erwünscht ist, ist jedoch fast nicht mehr einstellbar.
Statt den Schlauch bzw. die Leitung nur an einer Stelle zu verengen, wäre es möglich, eine Kapillare in den Schlauch bzw. die Leitung einzusetzen. Die Durchflussmenge würde sich dann linear zur Länge der Kapillare verhalten. Praktisch kommt eine solche Lösung kaum in Frage, weil die Kapillare zur Regulierung der Durchflussmenge in ihrer Länge verändert werden müsste. Es besteht nun auch die Möglichkeit, anstelle einer einfachen Kapillare ein enges Rohr zu verwenden, in welches ein nahezu den gleichen Durchmesser aufweisender Dorn verschiebbar eingeführt ist, so dass ein ringförmiger Kapillarkanal veränderbarer Länge gebildet wird. Je nach der Einschubtiefe des Dornes wird dabei die ringförmige Kapillare verlängert oder verkürzt.
Da es jedoch erwünscht ist, die Durchflussmenge im Verhältnis von 1 : 50 bis 1:100 verändern zu können, müsste auch eine solche Dosiervorrichtung so lang werden, dass sie praktisch kaum anzuwenden wäre. Ausserdem wäre keine Gewähr für eine fehlerlose und rasche Bedienung einer solchen unpraktisch langen Dosiervorrichtung durch technisch nicht genügend versiertes Personal, z. B. durch Krankenschwestern, geboten. Diese Nachteile können durch die Erfindung behoben werden.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten, welche aus einem rohrartigen Körper, welchem die Flüssigkeit auf der einen Seite zugeleitet und aus welchem die Flüssigkeit auf der anderen Seite abgeleitet wird, und einem genau in diesen eingepassten und in dessen eines Ende eingeführten, in diesem axial verstellbaren Dorn besteht, welche dadurch gekennzeichnet, ist, dass die Innenfläche des rohrartigen Körpers zusammen mit der Aussenfläche des Dornes einen nach einer Schraubenlinie verlaufenden Kapillarkanal bilden.
Die Durchflussmenge wird bei dieser Vorrichtung durch axiale Verstellung des Dornes in Bezug auf den rohrartigen Körper und somit durch Veränderung der Eingriffstiefe im rohrartigen Körper, d. h. durch Verlängerung oder Verkürzung des Kapillarkanals nach den jeweils gestellten Forderungen einreguliert. Der Einstellbereich ist hierbei aber bei einer gegebenen Länge der Dosiervorrichtung dank dem nach einer Schraubenlinie verlaufenden Kapillarkanals je nach der Ganghöhe der Schraubenlinie um ein Vielfaches grösser als bei ei ner Dosiervorrichtung mit geradem, ringförmigem Kapillarkanal.
Mit Vorteil wird der Dorn mit einem Gewindeteil und das Rohr mit einem zu diesem Gewindeteil passenden Innengewinde versehen, wobei der Kapillarkanal durch Abnehmen eines Teiles des Grates der Gewindegänge des Gewindeteiles des Dornes oder des Innengewindes des rohrartigen Körpers gebildet wird. Eine solche Ausbildung der Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten ermöglicht eine äusserst einfache und exakte Einstellung der jeweils verlangten Durchflussmenge in sehr weiten Grenzen, die auch von ungeübtem Personal sehr rasch vorgenommen werden kann.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten gemäss der Erfindung sowie Ausführungsvarianten von Teilen der zweiten derselben dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch die erste Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 2 einen axialen Schnitt durch die zweite Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 3 eine Ansicht der Vorrichtung nach der Fig. 2,
Fig. 4 einen axialen Schnitt durch den Kapillarteil einer Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Fig. 2,
Fig. 5 einen axialen Schnitt durch den Kapillarteil einer anderen Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Fig. 2,
Fig. 6 einen axialen Schnitt durch den Kapillarteil einer dritten Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Fig. 2, und
Fig. 7 einen axialen Schnitt durch den Kapillarteil einer vierten Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Fig. 2.
Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten besitzt ein Rohr 1 mit geschliffener Bohrung, welches an seinem einen Ende einen Stutzen la zum Anschliessen einer nicht dargestellten Ableitung, z. B. eines Schlauches, an welchen eine Infusionsnadel angeschlossen ist, aufweist. In das vom Stutzen la abgewendete Ende dieses Rohres 1 ist ein geschliffener Dorn 2 in genauem Passitz axial verschiebbar eingeführt, welcher sich nur unter Aufwendung einer gewissen Kraft im Rohr 1 verschieben lässt, so dass er sich ungewollt nicht verschieben kann. In dem vom Stutzen la abgewendeten Endteil des Rohres 1 ist eine ringförmige, den Dorn 2 umgebende Kammer lb vorgesehen, in welche ein seitlich am Rohr 1 ausgesetzter Einlaufstutzen lc mündet.
In der Innenwand des Rohres 1 ist ein nach einer Schraubenlinie verlaufender, gegen den Dom 2 zu offener Kapillarkanal 1d vorgesehen, welcher von der Kammer 1b bis an den Stutzen la reicht.
Bei einer solchen Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten hängt die Durchflussmenge einer Flüssigkeit einer bestimmten Viskosität vom Druck der Flüssigkeit und vom Durchflusswiderstand des Kapillarkanals ld, d. h. von dessen Querschnittsfläche und dessen wirksamer Länge, also von der Einschiebtiefe des Domes 2 in das Rohr 1, ab. Der Druck der Flüssigkeit kann leicht genügend konstant gehalten werden, indem ein die Flüssigkeit enthaltendes, verhältnismässig grosses Vorratsgefäss auf einer bestimmten Höhe gelagert wird.
Die wirksame Länge des Kapillarkanles 1d kann durch Verschieben des Dornes 2 im Rohr 1 verändert werden und, da die Längenänderung des Kapillarkanales ld, der nach einer Schraubenlinie verläuft, ein Vielfaches des Verschiebungsweges des Dornes 2 beträgt, ist mittels einer verhältnismässig kurzen Vorrichtung eine Einregulierung der Durchflussmenge in sehr weiten Grenzen möglich.
Die Vorrichtung zur Feindosierung von Flüssigkeiten nach den Fig. 2 und 3 besitzt einen Körper 11 aus durchsichtigem Material, dessen eines Ende eine weite axiale Bohrung lla aufweist, an welche eine engere Gewindebohrung 1 ib anschliesst. Die Gewindebohrung 1 ib mündet in ein in den Körper 11 eingesetztes, geeichtes Abtropfrohr 12, welches in eine im Körper 11 vorgesehene Kammer llc ragt. Diese Kammer llc soll genügend lang sein, damit die Tropfen vom Abtropfrohr
12 frei abfallen können und beobachtet und gezählt werden können, und dass in ihr ausserdem genügend Raum für einen Flüssigkeitsvorrat vorhanden ist. Die Kammer llc soll deshalb mindestens 15-30 mm lang sein.
Der die Kammer 1 1c enthaltende Endteil des Körpers 11 weist einen mit der Kammer llc verbundenen Stutzen lid zum Anschliessen der Ableitung für die Flüssigkeit, deren Durchflussmenge reguliert werden soll, auf. Der in der Kammer llc beim Gebrauch der Vorrichtung immer vorhandene Flüssigkeitsvorrat verhindert das Eindringen von Luft in den Stutzen 1 1d und damit in die Ableitung. Am Grunde der weiteren Boh rung lla des Körpers 11, vor dessen Gewindebohrung llb, mündet ein seitlich am Körper 11 vorgesehener Anschlusstutzen 1 le, an welchen die die Flüssigkeit zuführende Leitung anzuschliessen ist.
Ein Dorn 13, welcher in einem in die weitere Bohrung lla eingesetzten Dichtungsring 14 aus Gummi od. dgl., welcher mit etwas Silikonfett gefettet ist, abgedichtet geführt ist, besitzt einen Gewindeteil 13a, welcher in die Gewindebohrung 1 ib des Körpers 11 einschraubbar ist. Die Gräte der Gewindegänge des Gewindeteiles 13 a sind zum Teil, aber nur so weit, dass sie noch im Eingriff mit den Gewindegängen der Gewindebohrung 1 1b bleiben und kein Nebenschluss entstehen kann, abgenommen.
In dieser Weise wird durch den von den Gräten der Gewindegänge des Gewindeteiles 13a des Dornes 13 nicht ausgefüllten Teil der Täler der Gewindegänge der Gewindebohrung 1 ib des Körpers 11 ein nach einer Schraubenlinie verlaufender Kapillarkanal geschaffen, welcher vom Grunde der Bohrung lla, in welche die Flüssigkeit eingeleitet wird, zum Abtropfrohr 12 führt.
Auf das äussere Ende des Dornes 13 ist eine Kappe
15 fest aufgesetzt, welche das Ende des Körpers 11 übergreift. Ein in eine Nute an diesem Endteil des Körpers 11 eingesetzter, innen an der Kappe 15 anliegender Dichtungsring 16 aus Zellstoffwatte bildet einen für Bakterien u. dgl. undurchdringlichen Abschluss zwischen dem Körper 11 und der Kappe 15.
Je weiter der Gewindeteil 13 a des Dornes 13 in die Gewindebohrung 1 ib des Körpers 11 eingeschraubt desto länger wird die wirksame Länge des Kapillarkanales und desto geringer demzufolge die Durchflussmenge. Sind dabei die Gräte der Gewindegänge des Gewindeteiles 13a des Dornes 13 auf dessen ganzer Länge um gleich viel abgenommen, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, ist die Querschnittsfläche des Kapillarkanales auf dessen ganzer Länge konstant und die Durchflussmenge nimmt linear mit der Einschraubtiefe ab. Die Gräte der Gewindegänge des Gewindeteiles 13a des Dornes 13 können aber auch, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, auf dessen ganzer Länge, oder, wie es in der Fig. 6 gezeigt ist, nur auf einem Teil derselben, gegen das freie, vordere Ende des Gewindeteiles 13a hin gleichmässig zunehmend abgenommen sein.
Dabei vergrössert sich die Querschnittsfläche des Kapillarkanales gegen das freie Ende des Gewindeteiles 1 3a des Dornes 13. Dies hat zur Folge, dass die Durchflussmenge beim Einschrauben des Gewindeteiles 13a in die Gewindebohrung 1 ib des Körpers 11 nicht linear, sondern progressiv abnimmt. Dies ist in vielen Fällen, in denen es erwünscht ist, auch bei einer sehr geringen Durchflussmenge von wenigen Tropfen pro Minute noch eine exakte Feindosierung vornehmen zu können, von grossem Vorteil.
Eine weitere Verfeinerung der Dosierung kann erzielt werden, wenn die Gräte der Gewindegänge des Gewindeteiles 13 a des Dornes 13 nicht gleichmässig zunehmend, sondern, wie es in der Fig. 7 dargestellt ist, so abgenommen sind, dass die Mantellinien der diesen Gewindeteil 1 3a umhüllenden Rota tionsfläche nach einer nicht-linearen Funktion, z. B. nach einer e-Funktion, verlaufen. Man kann auf diese Weise z. B. eine halblogarithmische Zu- bzw. Abnahme der Durchflussmenge erzielen, welche für parenterale Tropfinfusionen ideal ist, da auch bei ganz geringen Durchflussmengen von wenigen Tropfen pro Minute noch eine exakte Einregulierung möglich ist.
Statt, wie es bei den vorstehend beschriebenen Ausführungen der Fall ist, die Gräte der Gewindegänge des Gewindenteiles 13a des Dornes 13 abzunehmen, könnten selbstverständlich auch die Gräte der Gewindegänge der Gewindebohrung 1 ib des Körpers 11 entsprechend abgenommen sein, wie es beispielsweise in der Fig. 5 dargestellt ist.
An dem von der Kappe 15 übergriffenen Endteil des Körpers 11 ist, wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, eine Skala 17 angebracht, an welcher unter Benützung des Randes der Kappe 15 als Index die jeweils ein gestellte Durchflussmenge einer Flüssigkeit einer bestimmten Viskosität bei einem bestimmten Druck, z. B. einem solchen von 100 cm H2O, z. B. als Tropfen pro Minute, als ml, abgelesen werden kann. Voraus setzung ist hierbei, dass das Abtropfrohr 12 vorgän gig geeicht worden ist. Es können auch zwei oder mehr solche Skalen 17 vorgesehen sein, von welchen jede einer Flüssigkeit einer bestimmten Viskosität und/ oder einem bestimmten Druck zugeordnet ist.
Zweckmässig wird, wie z. B. aus der Fig. 6 ersicht lich ist, am einen, in diesem Falle am äusseren Ende des Gewindeteiles 13a, der Grat von 1-2 Gewindegän gen vollständig stehen gelassen, Dies ermöglicht es, die Dosiervorrichtung auch als Abschlussorgan zu verwen den. Gegebenenfalls kann man auch an beiden Enden des Gewindeteiles 13a den Grat von 1-2 Gewindegängen stehen lassen.
Die Gewindebohrung 1 1b des Körpers 11 und der
Gewindeteil 1 3a des Dornes 13 müssen sehr genau be arbeitet sein, damit kein Nebenschluss zwischen zwei be nachbarten Gewindegängen besteht. Der Grat der Ge windegänge der Gewindebohrung 1 1b des Körpers 11 soll einen Pressitz im Tal der Gewindegänge des Ge windeteiles 1 3a des Dornes 13 haben.
Um dies zu er reichen, wird zumindest der Körper 11 oder werden dieser Körper 11 und der Dorn 13 zweckmässig aus
Kunststoff hergestellt, wobei für den Dorn 13 ein har tes Material und für den Körper 11 ein etwas weicherer und elastischer Kunststoff verwendet wird und der
Durchmesser der Gewindebohrung 1 Ib des Körpers 11 um etwa 1/1000-stel kleiner als der Durchmesser des Gewindeteiles 13 a gemacht wird. Geeignete Materialkombinationen für den Körper 11 und den Korn 13 sind z. B. Nylon und Epoxyharz, Polyäthylen und Akrylharz, Polytetrafluormethan und V2A-Stahl.
Zweckmässig wird das Rohr 1 bzw. der Körper 11 aus durchsichtigem Kunststoff hergestellt, damit das Abtropfen der Flüssigkeit vom Abtropfrohr 12 in der Kammer llc und die Füllung der Kammer llc gut kontrolliert werden kann und die Tropfen gezählt werden können. Zweckmässig wird ferner das Rohr 1 bzw. der Körper 11 sowie der Dorn 2 bzw. 13 aus Material hergestellt, welches eine Sterilisation in Wasserdampf zulässt, ohne dass diese Teile dabei irgendwie verformt werden.
Die beschriebenen Vorrichtungen zur Feindosierung von Flüssigkeiten sind für allle Fälle, in welchen die
Durchflussmenge einer Flüssigkeit genau einreguliert werden soll, verwendbar, und sie eignen sich insbesondere in der Medizin für parenterale Infusionen aller Art und in der Chemie für die Titration von Lösungen und für die Steuerung gewisser Prozesse durch Einführen einer Flüssigkeit in exakt bemessener Menge in ein Reaktionsgefäss. Von besonderem Vorteil ist dabei die Möglichkeit, auch ganz geringe Durchflussmengen von wenigen Tropfen pro Minute genau und sehr rasch einstellen zu können, ohne dass hierfür besonders ausge bildetes Personal benötigt wird.
Die beschriebenen Vorrichtungen zur Feindosierung von Flüssigkeiten können gegebenenfalls auch mit einem
Stellmotor ausgerüstet sein, welcher die Durchflussmen ge in Abhängigkeit von einer bestimmten Grösse, z. B. bei parenteralen Infusionen vom Blutdruck, bei chemischen Prozessen vom Druck und/oder der Temperatur im Reaktionsgefäss, automatisch genau einreguliert.
Soll z. B. eine parenterale Infusion unter einem Druck von 100 cm H2O vorgenommen werden, so wird die Infusionsflasche etwa 110 cm über der Einstichstelle der Infusionsnadel aufgehängt bzw. gelagert, um den etwa 10 cm HoO betragenden Druck in der Vene zu kompensieren.
Zweckmässig wird in der an den Einlasstutzen lc des Rohres 1 bzw. den Stutzen lle des Körpers 11 angeschlossenen Zuleitung ein in der Zeichnung nicht dargestellter Filter vorgesehen, um von der Flüssigkeit mitgeführte feste Partikel, bei Bluttransfusionen bei spielsweise Blutgerinnsel, auszuscheiden.