DE102017120569A1

DE102017120569A1 - Vorrichtung zum sterilisationsparameterabhängigen mechanischen Betätigen oder Aktivieren von Funktionseinheiten

Info

Publication number: DE102017120569A1
Application number: DE102017120569.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Thomas
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-03-07
Also published as: WO2019048536A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum sterilisationsparameterabhängigen mechanischen Betätigen oder Aktivieren von Funktionseinheiten (2) mit einem Stellelement bzw. Aktor (3), welches/welcher aus einem Grundzustand in einen Betätigungszustand überführbar ist, um eine Betätigungsbewegung auszuführen und zumindest einer Funktionseinheit (2), die derart mit dem Stellelement (3) zusammenwirkt, dass sie durch die Betätigungsbewegung des Stellelements (3) und/oder durch ein Verweilen des Stellelements (3) im Betätigungszustand betätigt oder aktiviert wird.
Erfindungsgemäß ist das Stellelement (3) dazu ausgebildet, ausschließlich innerhalb eines vordefinierten Druck- und Temperaturzustandsbereichs aus dem Grundzustand in den Betätigungszustand zu wechseln und außerhalb des vordefinierten Druck- und Temperaturbereichs in den Grundzustand zurückzukehren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum sterilisationsparameterabhängigen mechanischen Betätigen oder Aktivieren von Funktionseinheiten mit einem Stellelement, welches aus einem Grundzustand in einen Betätigungszustand überführbar ist, um eine Betätigungs- oder Auslösebewegung auszuführen und zumindest einer Funktionseinheit, die derart mit dem Stellelement zusammenwirkt, dass sie durch die Betätigungs- oder Auslösebewegung des Stellelements betätigt oder ausgelöst wird.
Hintergrund der Erfindung
In Krankenhäusern, Kliniken, Labors oder ähnlichen Einrichtungen ist es oft notwendig diverse Behälter, Güter oder Geräte einer Sterilisation zu unterziehen. Zur Qualitätssicherung können diese mit sterilisationsparameterabhängigen Funktionseinheiten ausgestattet werden, wie beispielsweise Indikatorelementen zum Anzeigen eines sterilen Zustands, Zählwerken zum Zählen von Sterilisiervorgängen oder Ventilen zum Entlüften von Behältern oder Geräten. Diese sterilisationsparameterabhängigen Funktionseinheiten werden in der Regel so ausgelegt, dass sie sich die bei einer Sterilisation herrschenden Umgebungsbedingungen zu Nutze machen und abhängig von einem Sterilisationsparameter schalten und/oder sich die im Sterilisationsprozess freiwerdende Energie zu Nutze machen.
Stand der Technik
Da bei der gebräuchlichen Dampf-Sterilisation hohe Temperaturen und Drücke zum Abtöten von (pathogenen) Mikroorganismen verwendet werden, werden in entsprechenden Vorrichtungen in der Regel temperatur- oder druckabhängige Stellelemente verwendet, um die Funktionseinheit in einem bestimmten Druckbereich oder einem bestimmten Temperaturbereich zu betätigen/aktivieren. So sind dem Stand der Technik temperaturabhängige Stellelemente zum Aktivieren von Funktionseinheiten bekannt, die bspw. auf Bimetallen oder Formgedächtnismetallen basieren. Weiter sind dem Stand der Technik druckabhängige Stellelemente zum Aktivieren von Funktionseinheiten bekannt, wie bspw. Membranen oder Überdruckventile.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ein solches Umschaltverhalten (eine solche Auslösecharakteristik), das auf einem singulären Sterilisationsparameter basiert, sehr fehleranfällig ist. Eine reine Druckerfassung ist insbesondere dadurch nachteilhaft, dass während eines Sterilisationszyklus mehrere Phasen mit schwankenden Druckverhältnissen durchlaufen werden, sodass ein Risiko einer ungewollten Mehrfachbetätigung/-aktivierung besteht. Rein temperaturabhängige Stelleinheiten sprechen dagegen nicht nur in der Sterilisationsphase sondern auch bspw. bei der Trocknung, in der Reinigung oder bei einer zusätzlichen Verweilzeit im Sterilisator an. Zudem lässt die hohe Trägheit solcher Systeme oftmals keinen klaren Schaltpunkt erkennen, sodass vor allem die hohe Temperatur von Sterilcontainern direkt nach der Sterilisation einige Systeme nicht sicher in ihren Grundzustand springen lässt.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine Funktionseinheit einfach, sicher, fehlerfrei und automatisch in Abhängigkeit bestimmter Sterilisationsparameter betätigt bzw. aktiviert werden kann.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Untergeordnete Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Die Ansprüche 11 und 12 betreffen einen Sterilgutbehälter bzw. ein medizintechnisches Gerät mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Der Begriff sterilisationsrelevante Funktionseinheit eines medizinischen Gerätes soll im Rahmen dieser Anmeldung alle Funktionseinheiten beinhalten, die in einem funktionalen Zusammenhang mit einem Sterilisationsprozess stehen (bspw. Ventile, Verschlüsse, Sterilisationszähler, Sterilanzeigen) und an einem medizintechnischen Gerät (bspw. Sterilgutbehälter, chirurgische Instrumente, Implantate, Sterilisatoren) angeordnet sind oder dazu vorgesehen sind an einem solchen Geräten angeordnet zu werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist grundsätzlich zumindest eine aktive und/oder passive sterilisationsrelevante Funktionseinheit eines medizinischen Gerätes sowie ein Stellelement/Aktor zum Betätigen/Aktivieren/Auslösen/Umschalten der besagten Funktionseinheit(en) auf. Zu diesem Zweck ist das Stellelement aus einem Grundzustand in einen Betätigungszustand, in welchem das Stellelement/Aktor (oder zumindest ein Abschnitt oder eine Teilkomponente desselben) eine andere Form (Geometrie) und/oder Position als im Grundzustand besitzt, überführbar, um so eine Betätigungsbewegung auszuführen oder zuzulassen. Die zumindest eine Funktionseinheit wirkt derart mit dem Stellelement zusammen, dass sie durch die Betätigungsbewegung des Stellelements/Aktors und/oder durch ein Verweilen des Stellelements/Aktors im Betätigungszustand betätigt/betätigbar oder aktiviert/aktivierbar wird und/oder bleibt. Erfindungsgemäß ist das Stellelement/Aktor dazu ausgebildet, ausschließlich innerhalb eines vordefinierten Druck- und Temperaturzustandsbereichs aus dem Grundzustand in den Betätigungszustand zu wechseln und/oder in diesem zu verweilen und außerhalb des vordefinierten Druck- und Temperaturbereichs in seinen Grundzustand zurückzukehren. Der Begriff Druck- und Temperaturzustandsbereich ist dabei als Unterraum eines zweidimensionalen topologischen Raums aus Druck- und Temperaturwerten definiert. Dabei kann es sich auch um einen nicht zusammenhängenden Unterraum handeln, d.h. es können mehrere separate Druck- und Temperaturzustandsbereiche existieren, in welchen das Stellelement/Aktor die Betätigungsbewegung ausführt. In anderen Worten reagiert die erfindungsgemäße Vorrichtung nur auf eine oder mehrere bestimmte Kombination(en) von Wärme und Druck, wobei die Ansprechparameter konstruktiv genau auf den Anwendungsfall eingestellt werden können bzw. eingestellt sind. Auf diese Weise lassen sich Funktionseinheiten sterilisationsparameterabhängig zuverlässig und selbstständig betätigen/aktivieren.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung also im Wesentlichen eine Vorrichtung mit einer Funktionseinheit und einem Stellelement/Aktor zum selbstständigen und mechanischen Betätigen/Aktivieren oder Freigeben für ein Betätigen/Aktivieren der Funktionseinheit bei bestimmten Druck- und Temperatur-Umgebungsbedingungen zu einem bestimmten Zeitpunkt (oder mehreren bestimmten Zeitpunkten) während eines Sterilisationsprozesses.
Vorzugsweise kann das Stellelement/Aktor derart ausgebildet sein, dass es sich unter Normaldruckbedingungen (bspw. der atmosphärische Druck auf Meereshöhe) bei einer erhöhten Temperatur nach einer Sterilisation im Grund-/Normalzustand befindet. Insbesondere kann sich das Stellelement demnach bei einem beispielhaften Druck von ungefähr 1 bar bei Temperaturen kleiner oder gleich 50 °C, insbesondere kleiner als 90 °C, im Grund-/Normalzustand befinden. Auf diese Weise lässt sich eine ungewollte Betätigung/Aktivierung der Funktionseinheit durch das Stellelement/Aktor infolge von Restwärme unterbinden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Stellelement/Aktor dazu ausgebildet sein, bei hohen Drücken und hohen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen zwischen 110° und 140° in Kombination mit Drücken größer oder gleich als 2 bar, bevorzugt auch Drücken größer oder gleich 1,5 bar, im Grundzustand zu verbleiben und bei einer Kombination niedriger Drücke (kleiner 0,5 bar, bevorzugt kleiner 0,2 bar, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 0,1 bar) mit moderaten Temperaturen (höher als 40 °C) die Betätigungsbewegung auszuführen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Stellelement/Aktor zumindest eine fluiddichte Kammer aufweisen, die mit einer Aktorfüllung gefüllt ist und deren Volumen von einer Kammerwandung definiert wird, welche wiederum zumindest einen beweglichen Aktorabschnitt aufweist, der infolge einer Volumenänderung der Aktorfüllung relativ zu den restlichen Wandungsabschnitten der Kammer beweglich ist, um eine Betätigungs- oder Freigabebewegung auszuführen. Bei einer solchen Ausführungsform treibt demzufolge eine durch einen oder mehrere Sterilisationsparameter erzwungene Ausdehnung der Aktorfüllung die Betätigungs- oder Freigabebewegung des Aktorabschnitts des Stellelements/Aktors an.
Gemäß einem weiteren Aspekt können das Stellelement/Aktor, die Kammer, die Aktorfüllung und der Aktorabschnitt derart konstruktiv aufeinander abgestimmt sein, dass der Aktorabschnitt die Betätigungs- oder Freigabebewegung ausschließlich infolge eines Phasenübergangs zumindest eines Teils der Aktorfüllung, vorzugsweise eines Phasenübergangs von einer flüssigen in eine gasförmige Phase, ausführt. Da ein solcher Phasenübergang immer vom Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur abhängt, lässt sich so mit einfachen Mitteln ein Stellelement/Aktor umsetzen, der nur auf bestimmte Kombinationen von Wärme und Druck reagiert. Ein so ausgeführtes Stellelement/Aktor hat zusätzlich den Vorteil, dass es keine interne Energieversorgung benötigt sondern seine für die Betätigungs- oder Freigabebewegung benötigte Energie aus der Umgebung (also mittelbar von Sterilisator/Autoklaven) bezieht.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die Aktorfüllung im Wesentlichen aus einer bioverträglichen Flüssigkeit, insbesondere aus Wasser oder einem Kohlenwasserstoff, bestehen. Generell ist eine Ausführung mit anderen Flüssigkeiten aber genauso denkbar. Durch die Auswahl der Aktorfüllung kann die Auslösecharakteristik des Stellelements/Aktors eingestellt werden. Eine bioveträgliche Aktorfüllung reduziert Risiken, die durch ein Austreten der Aktorfüllung entstehen könnten. Durch die Verwendung von Wasser als Aktorfüllung lässt sich erreichen, dass das Stellelement/Aktor bei einer Kombination von höheren Temperaturen und niedrigeren Drücken die Funktionseinheit betätigt/aktiviert bzw. für eine Betätigung freigibt. Ein beispielhaftes Anwendungsgebiet, wäre demnach eine Funktionseinheit, die ausschließlich in der Trocknungsphase eines Sterilisationszyklus selbstständig und zuverlässig auslöst (mit geringer Hysterese auf eine Kombination von Wärme und Vakuum reagiert).
Ebenso kann ein Gemisch verschiedener Flüssigkeiten oder ein Gemisch aus einer Flüssigkeit und Luft oder einer Flüssigkeit und einem anderen Gas/Gasgemisch als Aktorfüllung verwendet werden, um die Auslösecharakteristik des Stellelements/Aktors noch genauer bzw. für andere Anwendungsgebiete einzustellen.
Gemäß einem weiter bevorzugten Aspekt kann die fluiddichte Kammer vorteilhafter Weise permanent fluiddicht versiegelt sein. In anderen Worten kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Stellelement/Aktor vorteilhafter Weise um ein geschlossenes System handeln. In anderen Worten kann die Kammer bei einer bevorzugten Ausführungsform nur unter Zerstörung der Kammer oder der Versiegelung geöffnet werden. Dies beugt einem unbeabsichtigten Öffnen der Kammer und einem damit verbundenen unbeabsichtigten Austreten der Aktorfüllung vor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Aktorabschnitt der Kammerwandung als Kolben, insbesondere als Hub- oder Tauchkolben, ausgebildet sein, dessen Kolbengehäuse die restliche Kammerwandung ausbildet. In anderen Worten kann die Kammerwandung bei einer solchen Ausführungsform starr ausgebildet sein und der durch den Kolben gebildete Wandungsabschnitt kann relativ zu den restlichen Wandungsabschnitten axialbeweglich gelagert sein, um infolge einer Volumenänderung der Aktorfüllung die Betätigungsbewegung auszuführen.
Gemäß einem weiter bevorzugten Aspekt kann der Aktorabschnitt der Kammerwandung oder ein anderer Wandungsabschnitt als flexibler Wandungsabschnitt ausgebildet sein, welcher sich infolge einer Volumenänderung der Aktorfüllung reversibel dehnt und/oder krümmt und auf diese Weise die Betätigungsbewegung bewirkt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Kammer durch eine radial aufweitbare/biegeflexible aber in Längsrichtung zugstarre im Wesentlichen schlauchförmige Membran gebildet sein. Durch eine derart ausgeführte Kammer kann eine Volumenzunahme der Aktorfüllung in eine Zugbewegung umgewandelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Vorspannelement zum Aufbringen eines Vorspanndruckes auf die Aktorfüllung aufweisen. In anderen Worten kann unabhängig vom Umgebungsdruck ein bestimmter Vorspanndruck auf die Aktorfüllung aufgebracht werden. Auf diese Weise lässt sich die Auslösecharakteristik des Stellelements/Aktors genauer bspw. auf einen ganz bestimmten Punkt während der Dampfsterilisation, einstellen. Weiter bevorzugt können als derartige Vorspannelemente Temperatur-, Feuchtigkeits- oder Drucksensible Bauteile (z.B. NiTi-Formgedächtnisbauteile oder Bimetallteile) verwendet werden, um die Auslösecharakteristik des Stellelements/Aktors weiter zu verfeinern.
Gemäß einem weiter bevorzugten Aspekt kann ausschließlich der Aktorabschnitt der Kammer dem Umgebungsdruckzustand ausgesetzt sein, während die restlichen Abschnitte der Kammerwandung konstruktiv vom Umgebungsdruckzustand entkoppelt sind. Vorzugsweise wird diese Entkoppelung durch ein druckstabiles Gehäuse erreicht. Auf diese Weise kann die Berechenbarkeit der Auslösecharakteristik des Stellglieds/Aktors verbessert werden.
Ein weiterer ggf. unabhängig zu beanspruchender Aspekt der Erfindung betrifft einen Sterilbehälter oder Sterilisierkorb mit einer obenstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ein weiterer ggf. unabhängig zu beanspruchender Aspekt der Erfindung betrifft ein medizintechnisches Gerät, vorzugsweise ein chirurgisches Gerät oder einen Sterilisator mit einer obenstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen

1a bis 1c: Skizzen zum physikalischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung;
2a und 2b: Skizzen einer kolbenartigen Ausführungsform eines Stellelements in einem Grundzustand und in einem Betätigungszustand;
3a bis 3d: Skizzen verschiedener Ausführungsform zur Versiegelung bzw. Einkapselung einer Aktorfüllung in einem Stellelement gemäß der vorliegenden Erfindung;
4: eine Detailansicht der kolbenartigen Ausführungsform des Stellelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
5: eine Detailansicht der Dichtung der kolbenartigen Ausführungsform des Stellelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
6a bis 6f: Skizzen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung bei denen die Funktionseinheit als Ventil ausgebildet ist;
7 eine schlauchartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 die schlauchartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Grundzustand und im Betätigungszustand; und
9a und 9b eine bevorzugte Lagerung für eine schlauchartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Grundzustand und im Betätigungszustand.

Diverse medizinische bzw. medizintechnische Artikel wie z.B. Sterilgutbehälter, Siebkörbe, Sterilisatoren oder chirurgische Instrumente sind mit Funktionseinheiten 2 ausgestattet, die abhängig von bestimmten Sterilisationsparametern eine Aktion ausführen oder ihren Zustand wechseln. Beispiele hierfür sind Sterilisationszyklenzähler, Sterilanzeigen, Ventile oder Verschlüsse, die jeweils bei bestimmten Umgebungsbedingungen und demnach zu bestimmten Zeitpunkten während eines Sterilisationsprozesses hochzählen, öffnen, schließen oder dergleichen. Das Betätigen bzw. Aktivieren dieser Funktionseinheiten (oder das Freischalten für deren Betätigung) erfolgt dabei in der Regel durch ein Stellelement/Aktor 3, welches einen Aktorabschnitt 33 aufweist, mit welchem es mit einer entsprechenden Funktionseinheit 2 (mechanisch) gekoppelt ist, um die Funktionseinheit 2 zu betätigen, zu aktivieren bzw. dessen Zustand umzuschalten. Üblicher Weise löst bei solchen Systemen die Funktionseinheit 2 selbstständig in abhängigkeit äußerer Parameter wie Umgebungsdruck, -temperatur oder -feuchtigkeit aus, wodurch keine manuelle Bedienoperation nötig ist. Bisher bekannte Systeme sind dabei von einem einzigen Umgebungsparameter abhängig. Aufgrund der zahlreichen und komplexen Umgebungszustände während eines Sterilisationsprozesses und aufgrund von Hysterese-Verhalten sind solche Systeme oft unzuverlässig und neigen dazu, an falscher Stelle während des Sterilisationsprozesses auszulösen.
Deshalb ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung 1 mit einer Funktionseinheit 2 und einem Stellelement/Aktor 3 bereitzustellen, welche auf eine Kombination verschiedener Parameter (d.h. auf mehr als einen Parameter) mit geringer Hysterese reagiert und somit ein exaktes und sicheres Auslösen/Aktivieren der Funktionseinheit 2 zum richtigen Zeitpunkt während des Sterilisationsprozesses gewährleistet. Genauer gesagt soll eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ausschließlich auf vorbestimmte Druck- und Temperaturkombinationen reagieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform lässt sich dies besonders einfach umsetzen, indem ein Stellelement/Aktor 3 verwendet wird, welches ausschließlich dann die Funktionseinheit betätigt/aktiviert, wenn ein bestimmter Anteil einer Aktorfüllung F verdampft ist (sich in einem gasförmigen/verdampften Zustand befindet). Ein solches Stellelement/Aktor 3 ist durch die ihm bzw. seiner Aktorfüllung F eigenen Stoffeigenschaften per se dazu ausgebildet, ausschließlich bei bestimmten Druck- und Temperaturkombinationen auszulösen und löst somit die gestellte Aufgabe auf elegante Weise.
Die 1a bis 1c sind Skizzen zum physikalischen Grundprinzip einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Demnach liegt einem Stellelement/Aktor 3 gemäß der bevorzugten Ausführungsform eine Kammer 31 (Pad/Kissen/Kapsel) mit einem Grundvolumen (Volumen im Grundzustand) zugrunde. Besagte Kammer 31 ist zum einen mit einer Aktorfüllung F gefüllt und zum anderen derart ausgebildet, dass zumindest ein Abschnitt 33 (nachfolgend Aktorabschnitt 33 genannt) der Kammerwandung zur restlichen Kammerwandung relativ beweglich oder verformbar ist. Auf diese Weise verursacht eine Volumenänderung der Aktorfüllung F eine Bewegung des beweglichen oder verformbaren Aktorabschnitts 33 der Kammerwandung 32. Die 1a bis 1c zeigen eine beispielhafte Kammer 31 mit flexiblen/verformbaren Wänden in verschiedenen Zuständen. Erhöht sich das Volumen der Aktorfüllung F, bspw. wegen einer Wärmeausdehnung oder eines Phasenübergangs zumindest eines Teils der Aktorfüllung F in eine gasförmige Phase G, wölben sich die flexiblen Wände der Kammer 31 nach außen, wodurch eine Bewegung mit relativ hoher Energiedichte ausgelöst/aktuiert wird. Die 2a und 2b zeigen eine alternative Ausführung einer solchen Kammer 31 nach der Art eines (Hub-)Kolbens 33. Die Kammerwandung wird in diesem Fall durch einen als Kolben mit einer Kolbenstirnfläche 331 ausgebildeten Aktorabschnitt 33 sowie ein Kolbengehäuse 32 definiert. Alle Kammerwandungsabschnitte 32 sind bei einer solchen Ausführungsform starr ausgeführt und der Kolben 33 ist bezüglich seines Gehäuses 32 axial relativbeweglich geführt, wodurch er sich infolge einer Volumenänderung der Aktorfüllung F in Bewegung setzt. Im Gegensatz zu den dem Stand der Technik geläufigen Kolben mit Kolbengehäuse, findet bei einem derart ausgeführten Stellelement kein Fluidaustausch statt. Stattdessen ist die mit der Aktorfüllung F befüllte Kammer 31 dauerhaft versiegelt, um einen Verlust der Aktorfüllung F zu verhindern, und wird ausschließlich auf Basis der Volumenänderung der Aktorfüllung F infolge der Umgebungsbedingungen betrieben.
Grundsätzlich wird der absolute Volumenzuwachs in der Kammer 31 des Stellelements 3 im Wesentlichen von den folgenden Größen beeinflusst:

- (voreingestellter) Druck in der Kammer 31;
- Menge an Aktorfüllung F in der Kammer 31;
- andere/zusätzliche Medien im Stellelement/Aktor 3 bzw. der Kammer 3 (z.B. Luft),
- äußerer Druck;
- äußere Temperatur;
- (mechanischer) Widerstand der Kammer 31 gegenüber einer Volumenänderung; und
- zur Betätigung/Arbeitsverrichtung benötigte Kraft.

Bei der Auslegung eines erfindungsgemäßen Stellelements/Aktors 3 gilt es demnach all diese Parameter konstruktiv auf den entsprechenden Anwendungsfall abzustimmen.
Die 3a bis 3d zeigen mehrere Beispiele für fluiddichte Kammern 31 (Pads/Kissen/Kapseln) mit jeweils einer Aktorfüllung F. Neben der oben beschriebenen kolbenartigen Ausführung (3c) sind zwei Ausführungsformen mit flexiblen/verformbaren Wandungen 32 dargestellt. Solche Kammern 31 mit flexibler/verformbarer Wandung 32 können bspw. aus Silikon (vgl. 3b) oder dünnem Metallblech (vgl. 3a) ausgebildet sein. Vorzugsweise können derartige Kammern 31 mit flexibler/verformbarer Wandung 32 eine Riffelung/Wellung/Faltung 37 aufweisen, die eine Verformung bzw. eine Bewegung eines Wandungsabschnitts 32 in eine Vorzugsrichtung unterstützt. Genauer gesagt kann ein flexibler/verformbarer Wandungsabschnitt 33 mit einer Riffelung/Wellung/Faltung 37 ausgebildet sein, deren Wellentäler und -berge (Minima und Maxima) sich im Wesentlichen in Richtung der Vorzugsrichtung erstrecken um den Aktorabschnitt 33 auszubilden. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann die Wellung 37 des flexiblen/verformbaren Wandungsabschnitts 33 auch quer zur Vorzugsrichtung ausgerichtet sein (vgl. 3d). Man könnte ein derart konstruktiv gestaltetes Stellelement/Aktor 3 auch als Faltenbalg oder als ziehharmonikaförmig beschreiben.
Gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform kann die Aktorfüllung F mit den restlichen Komponenten des Stellelements derart konstruktiv abgestimmt sein, dass es nur dann eine Betätigungsbewegung ausführt, wenn zumindest ein bestimmter Anteil der Aktorfüllung F in einen gasförmigen Zustand übergeht. Konkret können Wasser oder bestimmte Kohlenwasserstoffe als Aktorfüllung F verwendet werden, welche zusätzlich den Vorteil mit sich bringen, biokompatibel zu sein.
Eine auf Wasser basierende Aktorfüllung F würde z.B. bei einem Luftdruck, der dem atmosphärischen Druck auf Meereshöhe entspricht, bei etwa 100 °C zu sieden beginnen. Die bei einer Dampfsterilisation eingesetzten Temperatur- und Druckzustände sind in der Regel 134 °C bei 3 bar oder 121 °C bei 2 bar. Ein mit Wasser gefülltes Stellelement würde demnach bei diesen Umgebungsbedingungen nicht in den Betätigungszustand übergehen, da aufgrund der hohen herrschenden Drücke keine bzw. kaum Verdampfung stattfindet. In der Trocknungsphase eines Sterilisationszyklus herrschen dagegen starke Unterdrücke, bis hin zu 0,1 bar. Bei einem beispielhaften Temperatur- und Druckzustand während einer solchen Trocknungsphase von 45,8 °C bei 0,1 bar käme es zu einem Dampfanteil von 15,5% mit einer als Wasser ausgeführten Aktorfüllung F, wodurch ausreichend Energie bereitgestellt wird, um bspw. ein Ventil zu öffnen. Das oben beschriebene Beispiel zeigt, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auf einfache Weise konstruktiv so eingestellt werden kann, dass es bei einem Sterilisationszyklus ausschließlich in der Trocknungsphase zu einer Betätigung kommt, da das Stellelement/Aktor 3 nur in einem definierten Temperatur- und Druckzustandsbereich mit erhöhten Temperaturen in Kombination mit relativ niedrigen Drücken auslöst.
4 zeigt eine detailliertere Darstellung einer kolbenartigen Ausführungsform eines Stellelements/Aktors 3. Die Kolbenstirnfläche 331 bildet im Zusammenspiel mit dem Kolbengehäuse 32 die Kammer 31, die mit der Aktorfüllung F, in diesem Beispiel Wasser, gefüllt ist. Der Kolben 33 ist über einen Deckel 332 mit einer Führungsbuchse 333 senkrecht zur Kolbenstirnfläche 331 translatorisch verschiebbar gelagert. Der Deckel 332 ist lösbar am Kolbengehäuse 32 befestigt. Im gezeigten Beispiel ist die lösbare Befestigung als ein Gewinde 334 umgesetzt. Das gesamte Stellelement/Aktor 3 ist im gezeigten Beispiel rotationssymmetrisch, es handelt sich also im Grunde um einen versiegelten und mit einer Aktorfüllung F gefüllten Zylinderkolben. Die Betätigungsbewegung wird im gezeigten Beispiel in Axialrichtung der Rotationsachse ausgeführt. Umfangsseitig umlaufend verteilt und außerhalb des üblichen Arbeitsbereichs des Kolbens sind mehrere Sicherheitsbohrungen 335 angeordnet, die eine Verformung/Beschädigung des Stellelements 3 bei einer übermäßig hohen Volumenzunahme der Aktorfüllung F verhindern. Die Kammer 31 des Stellelements/Aktors 3 bildet im Normalbetrieb ein geschlossenes System, ist also fluiddicht versiegelt, um ein Entweichen der Aktorfüllung F zu verhindern. Wie in 5 dargestellt, kann die Versiegelung bei der kolbenartigen Ausführungsform bevorzugt durch Dichtelemente 336 an der Seitenfläche des Kolbens 33 ausgeführt sein. Insbesondere können zwei axial versetzte Kolbendichtringe an der Seitenfläche des Kolbens 33 bzw. zwischen Kolben 33 und Gehäuseinnenfläche angeordnet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Funktionseinheit 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Ventil 21 und es handelt sich demnach um eine Vorrichtung 1 zum sterilisationsparameterabhängigen Öffnen und Schließen eines Ventils 21. In den 6a bis 6f sind verschiedene beispielhafte Anordnungen dargestellt, wie ein Stellelement/Aktor 3 mit einem Ventil 21 zusammenwirken oder per se als Ventil 21 fungieren könnte, um eine solche Vorrichtung 1 zu bilden.
Die 6a und 6b zeigen eine Ausführungsform, bei der eine Dichtkappe 22 verwendet wird, um eine oder mehrere Ventilöffnungen 23 zu verschließen. Vorzugsweise kann die Dichtkappe 22 in einem geschlossenen Zustand vorgespannt sein (vgl. 6b). Dazu können Vorspannelemente 25 vorgesehen sein, welche die Dichtkappe 22 gegen einen Wandabschnitt/Ventilsitz 24 vorspannen. Im Betätigungszustand erzeugt das Stellelement/Aktor 3 bei einer solchen Vorrichtung einen Ausfahrhub, der die Dichtkappe 22 entgegen der Vorspannungsrichtung anhebt und damit das Ventil 21 öffnet (vgl. 6a).
Die 6c und 6d zeigen Ausführungsformen mit Tellerventilen. Hierbei wird ein Dichtteller 26 auf einen Ventilsitz 24 gedrückt, um eine Ventilöffnung 23 abzudichten. Auch hier ist es von Vorteil, wenn der Dichtteller 26 gegen den Ventilsitz 24 (feder-) vorgespannt ist. Das Stellelement/Aktor 3 kann bei einem solchen Ventil bspw. über einen Betätigungsbolzen 27 die Betätigungsbewegung ausführen, um den Dichtteller vom Ventilsitz 24 abzuheben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, ist das Stellelement/Aktor 3 an der Außenseite einer Sterilgutbehälterwandung angeordnet, während der Dichtteller 26 an der Innenseite einer Sterilgutbehälterwandung angeordnet ist. Der Betätigungsbolzen 27 ist bei einer solchen Ausführung durch den Ventilsitz 24 bzw. die Ventilöffnung 23 und somit durch die Sterilgutbehälterwandung geführt. Selbstverständlich wird bei einer solchen Ausführung ein entsprechendes Gegenlager 28 benötigt, welches das Stellelement/Aktor 3 festlegt, damit es eine Bewegung des Dichttellers 26 erwirken kann.
Während bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das Ventil 21 im Grundzustand geschlossen ist und durch die Betätigungsbewegung des Stellelements/Aktors 3 geöffnet wird, ist es genauso denkbar, dass das Ventil 21 im Grundzustand geöffnet ist und im Betätigungszustand geschlossen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante können die vergrößerten Dimensionen des Stellelements im Betätigungszustand per se ein Schließen des Ventils verursachen. Bei der in 6e dargestellten Ausführungsvariante ist bspw. das Stellelement in einer Entlüftungspassage 29 mit einem Zugang 291 und einem Ausgang 292 angeordnet. Während im dargestellten Grundzustand ein Medium durch die Entlüftungspassage 29 passieren kann, ist das Stellelement bei einer solchen Ausführung derart konstruktiv auf die Abmessungen der Entlüftungspassage 29 abgestimmt, dass es sich im Betätigungszustand so vergrößert, dass die Entlüftungspassage 29 fluiddicht blockiert wird. Ähnlich funktioniert die in 6f dargestellte Ausführungsform, bei der das Stellelement/Aktor 3 im Grundzustand an einem Ventilsitz 24 angeordnet ist und auf der Ventilöffnung 23 aufliegt, sodass das Stellelement/Aktor 3 bei einem gewissen Druck vom Ventilsitz 24 abhebt und ein Fluid passieren kann. Im Betätigungszustand erhöht sich das Volumen des Stellelements/Aktors 3, sodass dieses mit den die Entlüftungsöffnung umgebenden Wandungsabschnitten einen Kraftschluss eingeht und somit ein Abheben des Stellelements/Aktors 3 vom Ventilsitz 24 verhindert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der 7 bis 9, kann ein erfindungsgemäßes Stellelement 3 bzw. dessen Kammer 31 im Wesentlichen schlauchförmig aufgebaut sein bzw. eine schlauchförmige Membran 4 aufweisen, an deren beiden axialen Enden hülsenförmige Endstücke/Anbindungsstücke 33, 41 angeordnet sind. Die fluiddichte Verbindung zwischen Membran 4 und den Anbindungsstücken 33, 41 kann durch Klemmabschnitte bzw. Klemmhülsen 42 erfolgen. Die Membran 4 ist vorzugsweise radial elastisch jedoch zugleich axial zugfest/zugstarr, sodass bei einer Volumenzunahme der im Schlauch 4 befindlichen Aktorfüllung F dieser sich in Radialrichtung aufweitet, sich zugleich aber in Axialrichtung zusammenzieht. Dies wird bspw. dadurch erreicht, dass ein elastischer Schlauch 4 mit einem (nicht dargestellten) Gelege aus zugfesten Fasern/Garnen, bspw. Aramidgarnen, kombiniert wird. Durch ein solches schlauchförmiges Stellelement/Aktor 3 lässt sich (wie in 8 sowie 9a und 9b dargestellt) eine Kontraktionsbewegung infolge einer Volumenzunahme der Aktorfüllung F erzielen. Die Kammer 31 ist beim gezeigten Stellelement permanent fluiddicht versiegelt. Auf diese Weise wird, analog zur oben beschriebenen kolbenartigen Ausführungsform, nur bei einem Phasenübergang zumindest eines Teils der Aktorfüllung F eine ausreichend große Volumenänderung der Aktorfüllung F im Inneren der Kammer 31 erreicht, um eine wirksame Betätigungsbewegung (Kontraktion) zu bewirken. Das Stellelement/Aktor 3 verbleibt im Betätigungszustand (kontrahierten Zustand) bis die Aktorfüllung F sich nicht mehr im vordefinierten Druck- und Temperaturbereich befindet, d.h. bis die Aktorfüllung zum Großteil in die flüssige Phase zurückgekehrt ist.
Wie in 9a und 9b dargestellt kann ein solches schlauchartiges Stellelement/Aktor 3 vorzugsweise mit einem Endabschnitt bzw. mit einem Anbindungsstück 41 über ein Festlager 44 festgelegt sein, während das gegenüberliegenden Endabschnitt angeordnete Anbindungsstück den Aktorabschnitt 33 darstellt und über ein Loslager 43 verschiebbar geführt ist. Vorzugsweise ist das gesamte Stellelement/Aktor 3 von einem Gehäuse bzw. Hüllrohr 36 umgeben, dass die schlauchartige Kammer 31 von der Umgebungstemperatur und/oder dem Umgebungsdruck zumindest teilweise entkoppelt. Bei einer solchen Ausführungsform kann beispielsweise lediglich der Aktorabschnitt 33 (hier das per Loslager verschiebbar geführte Anbindungsstück) dem Umgebungsdruck ausgesetzt sein. Auf diese Weise ist das Verhalten der Aktorfüllung näher an den theoretischen Werten des entsprechenden T-S-Diagramms und unabhängiger von äußeren Einflüssen.
Die 10a bis 10c zeigen diverse Medizinische Geräte 5, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum sterilisationsparameterabhängigen mechanischen Betätigen; Aktivieren und/oder Betätigungsfreigeben von sterilisationsrelevanten Funktionseinheiten 2 ausgestattet sind.
10a zeigt beispielhaft einen Sterilgutbehälter 5, der mit einer als Ventil ausgebildeten Funktionseinheit 2, welches im Betätigungszustand des Stellelements 3 geöffnet und/oder zur Öffnung freigegeben ist.
10b zeigt beispielhaft ein chirurgisches Instrument 5, das mit einer als Sterilisationszyklenzähler ausgebildeten Funktionseinheit 2 ausgerüstet ist, welcher durch die Betätigungsbewegung des Stellelements 3 hochgezählt oder zum Hochzählen freigeschaltet wird.
10c zeigt beispielhaft einen Sterilisator 5, der mit einer als Sterilisationszyklenzähler ausgebildeten Funktionseinheit 2 ausgerüstet ist, welcher durch die Betätigungsbewegung des Stellelements 3 hochgezählt oder zum Hochzählen freigeschaltet wird.
Bezugszeichenliste

1	Vorrichtung;
2	Funktionseinheit
	21	Ventil;
	22	Dichtkappe;
	23	Ventilöffnung;
	24	Wandabschnitt/Ventilsitz;
	25	Vorspannelement;
	26	Dichtteller;
	27	Betätigungsbolzen;
	28	Gegenlager;
	29	Entlüftungspassage;
		291	Eingang;
		292	Ausgang;
3	Stellelement/Aktor;
	31	Kammer
	32	Kammerwandung;
	33	Aktorabschnitt;
		331	Kolbenstirnfläche;
		332	Deckel;
		333	Führungsbuchse;
		334	Gewinde;
		335	Sicherheitsbohrungen;
		336	Dichtelemente;
	34	Kolbengehäuse;
	35	Vorspannelement;
	36	druckstabiles Gehäuse;
	37	Riffelung/Wellung/Faltung;
4	schlauchförmige Membran;
	41	Anbindungsstück;
	42	Klemmabschnitt/Klemmhülse;

	43	Loslager;
	44	Festlager; und
5	Medizintechnisches Gerät.

Claims

Vorrichtung (1) zum sterilisationsparameterabhängigen mechanischen Betätigen; Aktivieren und/oder Betätigungsfreigeben von sterilisationsrelevanten Funktionseinheiten (2) medizinischer Geräte (5) mit einem Stellelement (3), welches aus einem Grundzustand in einen Betätigungszustand überführbar ist, um eine Betätigungsbewegung auszuführen; und zumindest einer Funktionseinheit (2), die derart mit dem Stellelement (3) zusammenwirkt, dass sie durch die Betätigungsbewegung des Stellelements (3) und/oder durch ein Verweilen des Stellelements (3) im Betätigungszustand betätigt oder aktiviert wird und/oder bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (3) dazu ausgebildet ist, ausschließlich innerhalb eines vordefinierten Druck- und Temperaturzustandsbereichs aus dem Grundzustand in den Betätigungszustand zu wechseln und/oder in diesem zu verweilen und außerhalb des vordefinierten Druck- und Temperaturbereichs in den Grundzustand zurückzukehren.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (3) eine fluiddichte Kammer (31) aufweist, die mit einer Aktorfüllung (F) gefüllt ist und deren Volumen von einer Kammerwandung (32) definiert wird, welche wiederum zumindest einen beweglichen Aktorabschnitt (33) aufweist, der infolge einer Volumenänderung der Aktorfüllung (F) relativ zu den restlichen Wandungsabschnitten der Kammer (31) beweglich und/oder verformbar ist, um die Betätigungsbewegung auszuführen.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (3), die Kammer (31), die Aktorfüllung (F) und der Aktorabschnitt (33) derart konstruktiv aufeinander abgestimmt sind, dass der Aktorabschnitt (33) die Betätigungsbewegung ausschließlich infolge eines Phasenübergangs zumindest eines Teils der Aktorfüllung (F), insbesondere eines Phasenübergangs von einer flüssigen in eine gasförmige Phase, ausführt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorfüllung (F) im Wesentlichen aus zumindest einem bioverträglichen Material, insbesondere zumindest einer bioverträglichen Flüssigkeit, besonders bevorzugt aus Wasser oder einem Kohlenwasserstoff, besteht.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die fluiddichte Kammer (31) permanent fluiddicht versiegelt ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorabschnitt (33) der Kammerwandung als Kolben, insbesondere als Hub- oder Tauchkolben, ausgebildet ist, dessen Kolbengehäuse (34) durch die restliche Kammerwandung (32) gebildet wird.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorabschnitt (33) der Kammerwandung als flexibler Wandungsabschnitt ausgebildet ist, welcher sich infolge einer Volumenänderung der Aktorfüllung (F) reversibel dehnt und/oder krümmt.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Vorspannelement (25, 35) zum Aufbringen eines Vorspanndruckes auf die Aktorfüllung (F).
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der Aktorabschnitt (33) der Kammer (31) dem Umgebungsdruckzustand ausgesetzt ist, während die restlichen Abschnitte der Kammerwandung (32) konstruktiv vom Umgebungsdruckzustand entkoppelt sind, insbesondere durch ein druckstabiles Gehäuse (36) entkoppelt sind.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Funktionseinheit als Ventil (21) oder Sterilisationszyklenzähler oder Sterilanzeige oder Verschluss ausgebildet ist.
Medizintechnisches Gerät (5) gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.