DE2059837A1 - Liquid pumping device that can be switched off by gas volume - Google Patents
Liquid pumping device that can be switched off by gas volumeInfo
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Description
S16 P3 DS16 P3 D
HOBERT F. SHAW, San Francisco/Calif., USAHOBERT F. SHAW, San Francisco / Calif., USA
Durch Gasvolumen außer Betrieb setzbare Plüssigkeitspumproxrichtung Liquid pump rox direction that can be deactivated by gas volume
Priorität: 5. Dezember 1.969, USA; Ser.No· 882,489Priority: December 5, 1969, USA ; Ser. No. 882,489
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 PatientenCertain known liquid pumping devices have become particular designed to introduce measured amounts of fluid into a patient's vein or artery ", The However, applicability of these pumping devices is generally limited by the dubious disadvantage that both Gas or odor as well as liquid in the vein or A patient's artery, for example, can then be pumped in can when the bottle or other liquid storage container is empty and the system with air fills. It is therefore necessary that the pumping device and the liquid supply are monitored frequently in order to to avoid air entering the patient's vasculature
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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.is pumped. This inherently dangerous working method is thus expensive to use and it arises a not completely satisfactory way of working.
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»According to the present invention, a pump device is provided to be in the vasculature of a patient by a to introduce measured quantities of liquid in an inevitable stroke, this pumping device has a special protection against the introduction of gas or air, The pumping device according to the invention comprises a pumping chamber which has a residual volume which is many times larger than the stroke or displacement volume, and the device has a biased discharge valve which is shown in the lowest area of the remaining volume is arranged. By carefully choosing those in relationship with one another standing values for the displacement volume, the remaining volume and the bias of the exhaust valve ensures that the present pumping device selectively except Operation is set so that it does not pump liquid when there is a predetermined gas or in the pump chamber Air volume is »
P Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsformen erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:P In the following the invention will be described in more detail with reference to in Preferred embodiments shown in the drawing explained. In the drawing show:
Fig« 1 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung; 1 shows an illustration of the pumping device according to the invention;
Fig, 2 eine graphische Darstellung, in der die Beziehung zwischen der verdrängten Flüssigkeit, dem VolumenFig. 2 is a graph showing the relationship between the displaced liquid, the volume
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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;of trapped air in units of displacement and there is shown the bias applied to the outlet valve in the pumping device shown in FIG acts;
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;Pig. 3 is a graph showing the relationship between the liquid pressure and the volume of trapped gas in units of the displacement volume during the operation of that shown in FIG Pumping device is shown;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine elektromagnetisch betätigte Kolbenpumpvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 is a section through an electromagnetically operated Piston pumping device according to the present invention;
Fig. 5 einen Schnitt durch eine peristaltische bzw« wurmförmige oder rollenförmige Pumpvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und5 shows a section through a peristaltic or worm-shaped or roller-shaped pumping device according to the present invention; and
Fig. 6 einen Schnitt durch eine mechanisch betätigte Balgpumpvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.6 shows a section through a mechanically operated bellows pump device according to the present invention.
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,In Fig. 1 a simplified pictorial representation of the pumping device according to the invention is shown. It is usual, indicate the volume of the pump chamber 9 in units of the stroke or displacement volume of the piston 11. Accordingly It should be assumed for the purpose of explanation that the pumping chamber comprises one, two or more units of the displacement volume 13. The pumping chamber contains a Outlet valve 15 which is biased so that no liquid flows out below a selected liquid pressure, and an inlet device 17 is provided,
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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.The liquid will pass through the chamber 9 under the piston can when the piston 11 is in its maximum position before a pump stroke. A reserve chamber 19 Above the piston 11 is with the inlet device via a Opening 21 coupled and it thus serves as a liquid reservoir and as a collecting space for air or gas bubbles, which is to be described further below. The piston 11 and the inlet device 17 thus interact with one another together that there is a pressure equilibrium between the pump chamber 9 and the reserve chamber 19 between the individual Can adjust pump strokes.
" 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-"For the purpose of explaining how the system works the case should be assumed that the pumping chamber 9 has a volume of only one unit of the displacement volume 13 (i.e., that the outlet valve 15 is in the Height 12 arranged is "t ^. In this embodiment, with a downward movement of the piston 11 by one unit of the displacement volume, so that it reaches its lowest position at level 12, potentially infinite large liquid pressure is created in the chamber, and no residual volume remains in the chamber itself. This embodiment is ideal for an effective and precise pumping process of known liquid volumes.
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. h , however, in such a pumping operation, both liquid and gas or air contained in the chamber volume 13 can unfortunately be pumped.
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-Another situation arises, however, if the pumping chamber is enlarged so that it has a considerable residual volume contains. Under these conditions, if a mixture of liquid and gas is present, the pumped one will hang Amount of liquid depends on the preload that is applied to the outlet
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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.release valve 15 is located. It will under these circumstances, as shown in the graph in Pig. 2 is shown, when no air is trapped in the chamber 9, then a liquid volume is pumped per working stroke of the piston which corresponds to a displacement volume 23, which is essentially independent of the bias on the outlet valve. If, however, there is trapped in chamber, the volume of liquid displaced from the chamber on each piston stroke is less than one unit of displacement; the actual volume is a function of both the volume of trapped gas and the bias applied to the exhaust valve, as can be seen from the graph of FIG.
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.Fig. 2 shows that the liquid pumping device is out of order is set when the captured gas volume is 2, 2.5 »4 and 6x as large as the stroke volume, if the corresponding pre-pressure, which is provided at the outlet valve 15 becomes, corresponding to 1.05; 0.7 »0.35 or» 0.21 kg / cm.
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 gewähltDaesin terms of a safe operation of the present The pumping device desired in medical applications is to ensure that only liquid and no air trapped in the chamber 9 can be pumped, one could conclude from this that the bias voltage provided on the outlet valve is selected as high as possible v / should be grounded to ensure that the pumping mechanism works even with small air bubbles in the Liquid chamber 9 are trapped, is put out of operation. From the graph shown in FIG however, it can be seen that the larger the value, the more the pump accuracy and the pump efficiency decrease is chosen for the preload on the exhaust valve
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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.is when air or gas volumes are trapped in the pump chamber 9, through which the pumping device cannot be put out of operation To bring a value at which the bias voltage at the outlet valve 15 exceeded v / ird, while liquid is displaced from the chamber 9 through the outlet valve 15 only by the remaining part of the piston stroke volume. Thus, the bias on the exhaust valve 15 should be sufficiently high to the pump device out of operation / ^ u K when a certain volume of gas is in the pump chamber 9, and the bias should not be higher than necessary, since under the system accuracy suffers.
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-There is a minimal preload for the exhaust valve 15 to be overcome, and this value is determined by the Determines the height above the outlet valve in which the liquid reservoir is located possibly located. Since the present invention is used in conjunction with a ^ tab or another liquid storage container can be used, which can be hung over the patient, so ^ the resulting fluid pressure at the outlet ' valve 15 are overcome to ensure a continuous outflow of the liquid through the pumping chamber 9 and the To prevent valve 15 between the pumping strokes under the influence of the resulting fluid pressure. It is extremely unlikely that a supply bottle would be more than 1.8 to 2.4 meters above the outlet valve 15 (which corresponds to a liquid pressure of approximately 0.21 to 0.28 kg / cm), which is why a preload of un-
fähr 0,21 bis 0,28 kg/cm einen annehmbaren minimalen Wert für die Vorspannung darstellt, die an dem Auslaßventilabout 0.21 to 0.28 kg / cm is an acceptable minimum value for the preload applied to the exhaust valve
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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.must be provided when initiating the device a parenteral fluid is to be used. In actual operation, a preload of approximately 0.35 kg / cm is a well-chosen one for this type of application Value because this value provides a suitable safety factor in operation, which is sufficient even when valve springs or the like, by which the preload is adjusted, should be softened or initially under should be their intended value.
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 desIn the graph the Pig. 3 is a family of curves of the liquid pressure in the pumping chamber 9 as a puncture of the number of units of the volume of gas or air trapped in the chamber 9, expressed in units the piston displacement volume. The liquid pressure in the chamber 9 can never exceed the value of the preload which is provided on the outlet valve 15. For the reasons explained above, the value for the Preload in the graph of FIG. 3 by 0.35 kg / cm (adjusted pressure) above atmospheric pressure. From the graphical representation of FIG. 3 it can thus be read that when trapped in the pumping chamber 9 a volume of gas is, which is equal to the piston displacement volume, approximately a quarter of the displacement volume 22 is required for this is to compress the gas to such an extent that the outlet bias is achieved, and the volume 26 pumped by the pump is then approximately 3/4 of the piston displacement. When the volume of trapped gas is twice the piston displacement, thus the pumped volume 25 is approximately half the piston displacement volume. When the volume of the prisoner Gas is three times the piston displacement, the pumped volume 29 is approximately 1/4 of the
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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-Piston displacement. However, if the volume of the trapped gas is four times as large as the piston displacement volume, no volume is pumped to increase without this pressure exceeding the preload. The pumping device according to the invention, which works with a pre-tension on the outlet valve of 0.35 kg / cm adjusted pressure and has a chamber volume 13 > 24, 27> 28, which is at least four times as large as the unit of displacement volume, can therefore no longer liquid pump when the volume of trapped gas or air in the chamber is approximately equal to the total volume of the chamber 9 (doh. four times the piston displacement volume). From the graphs of FIGS. 2 and 3 it can be seen that other values for the preload at the outlet valve and for the number of displacement units of the remaining volume can be used in the pump device according to the invention, which can no longer pump liquid when in a certain volume of gas is located in the chamber. In order to enable safe operation, the pimping device according to the invention can then comprise a residual volume which is at least one additional unit of the displacement volume greater than is minimally required for a displacement volume in order to achieve a fluid pressure (i.e. when gas is present in the chamber 9 ) to generate, which is approximately equal to the value of the preload that is provided on the outlet valve 15. The outlet valve 15 should be arranged in the lowermost region of the remaining volume (if the chamber 9 is oriented essentially vertically) in order to ensure that the outlet valve 15 is always in the liquid phase in the chamber 9. If for practical reasons
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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»a gas volume of approximately 4 units of the displacement volume requires too large a residual volume in the chamber 9 in order to avoid that the present device Air piimpts, so the bias applied to the exhaust valve 15 is intended to be increased «. As can be seen from the graphic representations of Figures 2 and 3, takes the gas volume in the chamber 9, at which the present The device can no longer pump liquid when the preload on the outlet valve 15 is increased »
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.In Fig. 4 is a section through a handy sleeve-shaped Pump according to the present invention shown. . (In this embodiment, the outer case comprises 61 a reservoir or bladder chamber 63, the chamber 65, the pump actuator and the return spring contains, the piston chamber 67, which the displacement volume determined, the chamber of the remaining volume 69 and the chamber 71 in which the outlet valve is arranged. These chambers are all along the direction of liquid flow through the pumping device essentially in the order mentioned arranged.
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 61The piston 73 consists of a conventional, provided with a flexible edge the cup-shaped piston which λ is a very short distance (which typically consists of a few thousandths of an inch), moved into the longitudinal direction in the piston chamber 67 when processing the Kolbenbetätigungsvorrich "an electromagnetic force is exercised. This actuator comprises a plate 75 of magnetic material attached to (and preferably enclosed within) a plunger drive device 77 made of plastic or other non-magnetic material. This piston drive device, which is coupled to the piston 73, is in the outer housing 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.and is held by a spring 81 against stops 79 at the upper end of its path of movement. The plate 75 and the piston drive device 77 with the piston 73 attached thereto are operated together by the electromagnet 83 pulled downwards, which is located under the plate 75 around the housing 61, when the electromagnet is excited by electrical pulses from source 85 at a preselected repetition rate.
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-Liquid flows into the upper end of the bubble chamber 63 from the drip chamber 35 and then essentially axially through openings 86 in the piston drive device 77 through to the top of the piston 73. Due to longitudinal openings in the cylinder wall of the outer housing 61 are cut in the vicinity of the piston 73 in its uppermost position, liquid can around the Piston around before a pump stroke and flow into the pump chamber 67, 69. As soon as the piston 73 is from its topmost position moved downwards, these openings are closed, so that the volume of displaced liquid from the Pump chamber during a pump stroke only through the outlet valve 72 can drain. Suitable devices can be provided in the lower chamber 71 of the outer housing.
^ 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-^ be seen to "let out" trapped gas from the chamber, before the pumping device is put into operation. For example, the lowermost part 78 of the housing in axial or Designed to be longitudinally displaceable and be biased upward against the stop 74 by springs when the housing part 78 is manually moved downwards against the return force exerted by the spring 76, is pressed, the force of the exhaust valve spring 72 is reduced or switched off, whereby air through the exhaust valve
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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«til can "flow away". When the housing part is released again, this housing part 78 is through again the return spring 76 is pressed against the stop 74, whereby the correct preload is built up again, which is necessary for the Outlet valve 72 is provided "
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.Such factors as the displacement volume, the residual volume 69 and the bias for an outflow can be determined in the manner as described above with reference to FIG Jig, 1 and the graphical representations 2 and 3 described became. In addition, the volume of the chamber 63 can be so be chosen to be larger than the total volume of the pump chamber so that gas trapped therein can pass through the openings 87 can escape back again so that it collects in a harmless manner in the chamber 63, This chamber also forms an ample liquid reservoir under the drip chamber 35, so that the device still continues to work normally for a reasonably long period of time after the hydration is off the reservoir 33 has stopped.
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 EndeIn Fig. 5 is an embodiment of the invention Pump device shown operating in a peristaltic manner to pump liquid only. This embodiment of the device according to the invention comprises a piece of flexible tube 31 which carries a fluid line from the storage container 33 and the conventional drip chamber 35 to the hollow needle or catheter 37, which is shown in located in a vein or artery of the patient. The pump contains an anvil or baffle 39 »the one side of the tube 31 is arranged, and which has a fixed part 41 and a valve body part 43. A plurality of arms 47 are provided on a rotatable roller carrier or runner 45, each of which is at its end
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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 siecarries a roller 49 to come into engagement with the tube 31 and to squeeze this tube against the stator 41 so as to that the pipe is closed. The angular The distance between the arms 47 of the rotor 45 is greater than the opposite angle formed by the curved surface of the Stator 41 is formed. This ensures that the chamber part of the tube 31> which extends from the exhaust valve 48 to the upper edge 50 of the stator 41, is vented to the fluid pressure from reservoir 33 prior to each pumping cycle. When the rotor turns 45 by a suitable device (e.g. a variable-speed, spring-driven one or battery-operated motor) is thus caused that a roller 47 squeezes the tube 31 and thereby the amount of fluid displaced, which is only in the piece of the pipe 31 is included, which rests against the curved surface of the stator 41. The remaining piece of the - "ear 31» that between the lower edge 52 of the stator 41 and the outlet valve 48 serves as the residual volume of the pump chamber, running through the entire length of the ^ ear 31 from the upper Edge 50 up to the outlet valve 48 is formed. This Residual volume (or, more usually, this residual length over which the pipe 31 has a known internal diameter) can thus be selected according to the same considerations as them
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 W above based on the * ig. 1 and the graphs of the ^ 1 Ig. 2 and 3, the output of the outlet bias is determined by the spring 54 which overcomes the resilience of the tube 31 and squeezes the tube against the valve body 43 so that it is closed. In order to be able to visually and conveniently monitor the pumping speed at the same time, the volume displaced with each pump stroke is preferably chosen so that it is approximately equal to the volume of a drop of the liquid to be pumped
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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,,(approximately 1/10 to 1/50 cbcm) so that based on the dropping speed, as can be observed in the drop chamber 35, a quick indication of the liquid volume that is pumped per unit of time,
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 In this and other practical embodiments of the present invention, since the pumping device is designed to stop pumping liquid when there is gas in the pumping chamber, it is necessary to vent gas that may have accumulated in the chamber when the Pump is initially started. A convenient method which can be applied, simply is to put the exhaust valve 48 at the start out of operation (which may be done by for example, that the! Spring force is turned off, the ear, the K 31 so squeezes that this is closed) bo that the entire line from the reservoir 33 to the catheter 37 can be filled with liquid. For this purpose, a pressure relief button 56, which is pretensioned by a spring against the baffle 39, can be temporarily withdrawn from its normal position against a stop 57, -to switch off the spring force and thereby allow the air to flow out of the system. The pressure relief button 56 is biased against the stop 57 by a leather to ensure that the outlet valve 48 is properly re-adjusted when the pressure relief button 56 is released after the "bleeding" of air is complete. In addition, in the case of a pump device with an essentially axially symmetrical design, such as that shown in FIGS ?. 1 Pre-tensioning exhaust valve not working after a "discharge" process
BADORIGfNALBADORIGfNAL
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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.suitable sitting 0 Especially the part of the outer housing which surrounds the outlet valve may include a non-aligned Mhrungsstift or spigots, or it may generally comprise a modified outer shape or dimensions when the biased outlet valve is not seated properly again, so that the pumping device not in which a reference base 66 can be set with respect to the pump actuating device is in operation, as is the Pail, for example, in the embodiment shown in Pig x 4 embodiment, in a fixed relation to and spaced from the upper end of the coil 83rd
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.In Fig. 6 is a section through a further embodiment of a freely available, sleeve-shaped pump device shown in accordance with the present invention. In this embodiment, the outer housing 91 contains a pumping chamber 93 "which has flexible chamber walls 95" In this embodiment the friction and abrasion are as they are with moving piston parts occur switched off, and the pump stroke can be generated by opening the chamber is compressed approximately in the axial or longitudinal direction to change their volume.
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 FlüssigkeitIt can have appropriate facilities, such as one with mutable Speed engine, spring powered or battery powered, be used to generate the compression force acting in the axial direction, which is required to achieve a small decrease (the tv typically at a few thousandths of a second of an inch) in the longitudinal framing of chamber 93 produce. The inlet means to the pumping chamber 93 includes a valve which unites at the beginning; Pump cycle Oil flows to ensure that the fluid is displaced
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
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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. only from the pump chamber during a pump cycle is discharged by draining this liquid through the outlet valve 103. In this embodiment, the inlet valve includes two valve seat surfaces 96 and 98 with an opening 101 through the upper valve seat surface into the bladder or reservoir chamber 105. The two valve seat surfaces 96 and 98 are located when the chamber 93 is at its maximum extent before a pump stroke Position is located, spaced from each other so that fluid from the upper reservoir chamber 105 through the opening 101 and between the valve seat surfaces can flow into the pump chamber 93. However, there is one of the valve seat surfaces 96 is attached to the ball-shaped walls of the outer housing 91 so that they are opposite to the can move other valve seat surface 98, the passage for fluid flow between these valve seat surfaces and closed by the opening 101, so that the volume of fluid that during a pump stroke from the chamber 93 is displaced, can only flow out through the outlet valve 103, The other factors, such as the displacement volume, the remaining volume and the outflow bias can be determined in the same way as it was already was explained above with reference to FIG. 1 and the graphical representations of FIGS.
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 dieThe pump device according to the invention is thus out of operation set so that it can no longer pump liquid when a predetermined volume of gas or air is in the Pumping chamber is present. Such a pump device is thus ideal for positive displacement a liquid in a medical infusion with a high degree of safety and high reliability is required to an injury or the
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Tötung eines Patienten durch eine zufällige Injektion von Luft in die Yenen oder die Arterien eines -Patienten zu verhindern.Killing a patient by the accidental injection of air into a patient's yen or arteries impede.
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