DE3239190A1

DE3239190A1 - Schrittmotor-steuervorgang fuer die quasi kontinuierliche stroemungsmittelinfusion variabler menge

Info

Publication number: DE3239190A1
Application number: DE19823239190
Authority: DE
Inventors: Edward Gerald 96025 Menlo Park Calif. Solomon
Original assignee: Oximetrix Inc
Current assignee: Oximetrix Inc
Priority date: 1981-10-22
Filing date: 1982-10-22
Publication date: 1983-05-05
Also published as: CA1184821A; AU8925682A; GB2107800B; GB2107800A; US4474309A; FR2515273A1; JPS5881046A; FR2515273B1; AU552309B2; NL8204000A; DE3239190C2

Description

HOFFMANN · E:Ti_E & PARTNER

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ΙΝβ. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ΙΝβ. W. LEHN

D1PL.-ING. K. FUCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ■ DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GORG

DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

-r-

37 659 p/hl

OXIMETRIX, INC.

Mountain View ( V.St.A. )

Schrittmotor-Steuervorgang für die quasi kontinuierliche Strömungsmittelinfusion variabler

Menge

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zum Regeln der Strömungsmittelzufuhr zu Patienten gerichtet, welche intravenös oder intraarteriell zugeführt werden. Mehr insbesondere betrifft die Erfindung einen Steuervorgang zum Regeln des Betriebes von Infusionspump-Schrittmotoren so, daß sorgfältig abgemessene Strömungsmittelteile auf quasi kontinuierliche Weise an Patienten abgegeben werden.

In den letzten Jahren konzentrierte sich eine beträchtliche Aufmerksamkeit auf die intravenöse und intraarterielle Abgabe von Strömungsmitteln bzw. Flüssigkeiten an Patienten. Die genaue Steuerung der Menge, in der solch eine parentera-Ie Abgabe auftritt, ist von kritischer Bedeutung, da eine ungeeignete Regelung und Steuerung der Strömungsmittel die Gesundung der Patienten verzögern und in Extremsituationen zu einer weiteren Erkrankung und möglicherweise zum Tod führen kann. Frühe parenterale Abgabesysteme bezogen sich auf den Schwerkraftstrom der Strömungsmittelübertragung von einem Strömungsmittelbehälter oder einem Reservoir zum 20

ARABELLASTRASSE 4 · D-8OOO MÜNCHEN B1 . TELEFON CO89J Θ11087 · TELEX 05-29619 CPATHEJ ■ TELEKOPIERER 9103

Patienten. Versuche zum genauen Regulieren des Schwerkraftstromes wurden jedoch als schwierig befunden, weil der Druck, der zwischen dem Reservoir und dem Patienten auf das Strömungsmittel wirkte, abnahm, wenn das Flüssigkeitsniveau innerhalb des Reservoirs während der Abgabe abfiel. So veränderten sich die Abgabemengen bei Schwerkraftfließsystemen auf unannehmbare Weise..

Jüngsthin entwickelte parenterale Abgabesysteme verwendeten Pumpmotoren in dem Bemühen, die Strömungsmittelabgabemenge-Genauigkeit zu erhöhen. Häufig umfassen die Pumpmotoren Schrittmotoren, welche Kolben oder kolbenähnliche Strömungsmittelpumpen in Erwiderung auf geeignete Schrittmotorsteuervorgänge antreiben. Diese Vorgänge sind höchst kompatibel mit den Präzisionssteuererfordernissen der parenteralen Administration, weil sie den notwendigen Genauigkeitsgrad vorsehen und für die Anwendung durch zuverlässige und wirksame Mikroprozessor-Programmtechniken geeignet sind. Die US-Patentschriften 4 037 598; 3 994 294; 3 985 133 und 3 736 930 offenbaren alle intravenöse Abgabesysteme, bei denen Schrittmotoren in Verbindung mit Nockenmechanismen und Pumpgebilden verwendet werden, um eine genaue Abgabemenge steuerung zu erzielen. Trotz der durch diese bekannten Systeme gebotenen Vorteile können jedoch bestimmte Verbesserungen hinsichtlich der Strömungsmittelabgabeeigenschaften der bestehenden Abgabesysteme gemacht werden. Beispielsweise kompensiert keine der Schrittmotorsteuervorgänge im Zusammenhang mit Schrittmotoren der vorgenannten Patente Nichtlinearitäten, die als Resultat einer Zwischenwirkung zwischen dem Nockenmechanismus, den Schrittmotoren und den Pumpgebilden auf die Stromungsmittelabgabemenge einwirken. Außerdem wurden keine Bemühungen dahingehend gemacht, die pulsatilen Diskontinuitäten im Strömungsmittelstrom herabzusetzen, welche durch Unterbrechung der Strömungsmittelabgabe während solcher Abschnitte jedes Pumpzyklus hervorgerufen wurden, in denen

die Pumpgebilde wieder aufgefüllt wurden. Konsequenterweise ermangelt es dem Stand der Technik an der Schaffung parenteraler Administrationssysteme, die in der Lage sind, genaue Strömungsmittelmengen in linearen Mengen im wesentliehen auf kontinuierliche Weise zu pumpen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Steuervorgang für das Regeln des Betriebes eines Pumpmotors bei einem parenteralen Strömungsmittelabgabesystem vorzusehen.

Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen motorgesteuerten Vorgang für die Verwendung bei einem parenteralen Strömungsmittelpumpmotor und Nockenmechanismus zu schaffen, bei dem im wesentlichen lineare Strömungsmittelabgabemengen trotz der Nichtlinearitäten erzielt werden, 'die bei der Umwandlung der Drehbewegung des Motors in eine geradlinige Pumpbewegung inhärent sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich insbesondere aus den Patentansprüchen ergebenden Merkmale gelöst.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Pumpmotor-gesteuerter Vorgang für die Verwendung bei einem parenteralen Strömungsmittelpumpmotor und Nockenmechanismus geschaffen, bei dem die Geschwindigkeit des Motors entsprechend der Winkellage des Nockenmechanismus verändert wird, um die Nichtlinearitäten zu kompensieren, die bei der Umwandlung der Drehbewegung des Motors in die geradlinige Pumpbewegung auftreten.

Weiterhin wird durch die Erfindung ein Steuervorgang zum Regeln des Pumpmotors einer parenteralen Strömungsmittelmeßvorrichtung geschaffen, so daß die Abgabe des Strömungs-35

t *

tr*· r -r'

- 10 -

mittels aus der Meßvorrichtung im wesentlichen auf kontinuierliche Weise erfolgt.

In vorteilhafter Weise wird durch die Erfindung ein Steuer-Vorgang zum Betätigen des Pumpmators einer parenteralen

Strömungsmittelmeßvorrichtung geschaffen, welche Meßvorrichtung eine Pumpkammer aufweist, welche während der Ruckle füllphase jedes Pumpzyklus wieder aufgefüllt wird, wobei der Steuervorgang für die Einrichtung einer Pumpzyklus-Auffangphase sorgt, die durch relativ hohe Strömungsmittelabgabemengen für eine kurze Zeitperiode gekennzeichnet ist, die der Rückfüllphase folgt, um die Wirkungen der Unterbrechung des Stromungsmittelstromes, verursacht durch den Rückfüllprozeß, herabzusetzen.

Schließlich sieht die Erfindung einen Steuervorgang zum Betätigen des Pumpmotors vor, welcher mit einer parenteralen Strömungsmittelmeßvorrichtung zusammenwirkt, wobei der Pumpmotor einen Schrittmotor umfaßt, welcher sich in einer FoI-ge von Schritten dreht, wobei der Steuervorgang es ermöglicht, relativ große Strömmengen durch den Schrittmotor zu Beginn jeder Schrittfolge zu ziehen, während kleinere Strommengen während der Intervalle zwischen der wachsenden Schrittfolge gezogen werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines parenteralen Abgabesystems der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der pumpenden Kassette, des Ventilschrittmotors und des Hauptschrittmotors,

die beim parenteralen Abgabesystem gemäß Fig.1 verwendet werden,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Motorreglers für das Regeln des Betriebes des Ventilschrittmotors und des Hauptschrittmotors der Fig. 2, wodurch die durch den Ventilschrittmotor und den Hauptschrittmotor gezogene Strommenge alternativ zwischen hohen und niedrigen Werten gestaltet wird, um Energie einzusparen,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der wechselbezogenen Betriebsfolgen des Ventilschrittmotors und des Hauptschrittmotors,
15

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Wechsels der Strömungsmittelabgabemenge, die über einen einzelnen Pumpzyklus auftritt, wenn der Steuervorgang der vorliegenden Erfindung beim Strömungsmittelabgabe- · system der Fig. 1,2 und 3 durchgeführt wird,

Fig. 6 ein Flußdiagramm mit der Darstellung eines Verfahrens zum Erzielen der Strömungsmittelabgabemengen, die in Fig. 5 graphisch aufgezeichnet sind,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des mechanischen Interface zwischen dem am Hauptschrittmotor angeschlossenen Nocken und dem Kolben, welcher sich hin- und herbewegt, um eine geradlinige Pumpkraft in Erwiderung auf die Drehung des Kolbens

vorzusehen und

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Nockenkurve, die

mit dem Nocken der Fig. 7 zusammenwirkt. 35

Ein Typ einer parenteraleii Strömungsmittelmeßvorrichtung zum Abgeben geregelter Mengen eines Strömungsmittels an einem Patienten ist schematisch in Fig. 1 und 2 dargestellt. Grundsätzliche und verbesserte Ausführungsformen der Strömungsmittelmeßvorrichtung sind in den ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldungen mit den Serien-Nummern 174 666 und 278 954, eingereicht am 1. August 1980 bzw. 30. Juni 1983, offenbart (P 31 29 701.3 bzw. P 32 17 028.9). Beide Anmeldungen sind solche des Anmelders der vorliegenden Erfindung und sind Gegenstand dieser Anmeldung. Bevorzugt wird nur die verbesserte Strömungsmittelmeßvorrichtung der vorgenannten Patentanmeldungen im einzelnen beschrieben, obwohl es verständlich ist, daß der Steuervorgang der vorliegenden Erfindung auf geeignete Weise so modifiziert werden kann, daß er auch mit der Strömungsmittelmeßvorrichtung gemäß der US-Patentanmeldung mit der Serien-Nummer 174 666 verwendet werden kann. Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. In dieser Fig. T ist die Strömungsmittelmeßvorrichtung 2 innerhalb einer Meßvorrichtungssteuereinheit 4 angeordnet. Eine Einströmleitung 6 an der Strömungsmittelmeßvorrichtung 2 ist an einen Strömungsmittelbehälter 8 mittels eines herkömmlichen Schlauches 10 angeschlossen. Ein Schlauch 12, welcher von einer Ausströmleitung 14 der Strömungsmittelmeßvorrichtung 2 ausgeht, überführt genaue Mengen des Strömungsmittels zum zu behandelnden Patienten, und zwar in Erwiderung auf die Betätigung eines Schrittmotors und eines in Fig. 1 nicht dargestellten Nockenmechanismus, welcher sich in der Steuereinheit 4 befindet.

Nun wird zur Fig. 2 übergegangen. Die Konstruktion der Strömungsmittelmeßvorrichtung 2, sowie des Schrittmotors und des Nockenmechanismus ist in dieser Figur mehr im einzelnen dargestellt. Die Strömungsmittelmeßvorrichtung 2 umfaßt ein hohles Kassettengebilde 16 mit einer darin befindlichen Pumpkammer 18. Eine elastisch nachgiebige Membran 20 ist

quer über die Oberseite der Pumpkaramer 18 befestigt. Eine Einlaßöffnung 22 an einem Ende eines Passageweges 24, ausgebildet in einer GasZurückhalteleitung 26, erlaubt dem Strömungsmittel den Verlauf von einer Gaszurückhaltekammer 28 in die Pumpkammer 18. Die Gaszurückhaltekammer 28 steht ihrerseits über einen Zwischenpassageweg 30 strömungsmittelmäßig mit der Einströmleitung 6 in Verbindung. Ein Ventilbetätigungsglied 32, welches über einen .Nocken-Wellen-Mechanismus 36,38 mit dem Ventilschrittmotor 34 verbunden ist, steuert die Zufuhr des Strömungsmittels in die Pumpkammer 18 durch das Versetzen eines Abschnitts "40 der Membran 20, der sich oberhalb der Einlaßöffnung 22 befindet. Der Ventilschrittmotor 34 wird durch ein EnergiesteuerZentrum 42, welches alternativ an eine Wechselstromquelle 44 oder eine Batterieversorgung 46 •angeschlossen ist, mit Strom versorgt. Der Ventilschrittmotor 34 wird über eine Reihe von wachsenden Schritten in Erwiderung auf Kommandos angetrieben, die vom Motorregler 48 aufgenommen werden, woraufhin das Ventilbetätigungsglie-d 32 sich hin- bzw. herbewegt, um den Membranabschnitt 40 zwischen einer offenen Lage, wie sie in Fig. 2 durch ausgezogene Linien dargestellt ist, und einer dichtenden Anlage an einem Ventilsitz 50 zu bewegen, welcher um den Umfang der Einlaßöffnung 22 ausgebildet ist, was in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien dargestellt ist. Eine Vorspanneinrichtung, wie eine Feder 52, die an einem hohlen Ansatz 54, welche in der Steuereinheit 4 ausgebildet ist, anliegt, sorgt für die notwendige Kraft zum Drücken des Ventilbetätigungsgliedes 32 in exakte Berührung mit der Nockenfläche 56 des Nockens 36.

Eine Auslaßöffnung 58 ist entgegengesetzt der Einlaßöffnung 22 in der Pumpkammer 18 ausgebildet. Die Auslaßöffnung 58 steht über einen Zwischenpassageweg 60 mit der Auslaßleitung 14 in Verbindung. Eine Rückschlagkugel· 6 2 befindet sich zwi-

sehen der Auslaßöffnung 58 und dem Zwischenpassageweg Eine Vorspanneinrichtung, wie eine Feder 64, drückt die Rückschlagkugel in dichtende Anlage mit einem Ventilsitz 66, welcher über den Umfang der Auslaßöffnung 58 ausgebildet ist. Ein Vorsprung 68, welcher der Rückschlagkugel gegenüberliegend an der Membran 20 ausgebildet ist, versetzt während der Pumpanfangsbetätigungen die Rückschlagkugel vom Ventilsitz 66. Ein manuelles Regelventil 70 wird dazu verwendet, den Vorsprung 68 mit der Rückschlagkugel zu bewegen.

Eine Bewegungskraft zum Pumpen des Strömungsmittels durch die Kassette 16 der Strömungsmittelmeßvorrichtung 2 wird durch einen Kolben 72 zugeführt, welcher betriebsmäßig über einen Nocken-Wellen-Mechanismus 76, 78 mit einem Hauptschrittmotor 74 verbunden ist. Der Hauptschrittmotor 74 erhält ebenso den Strom vom EnergiesteuerZentrum 42, und zwar unter dem Kommando des Motorreglers 48. Ein Ende 80 des Kolbens 72 berührt die elastisch nachgiebige Membran 20, während das andere Ende 82 in positive Berührung mit der Nockenfläche 84 des Nockens 76 gedrückt wird, was durch eine Vorspanneinrichtung, wie eine Feder 86, erfolgt, welche auf einem hohlen Ansatz 88 der Steuereinheit 4 sitzt. Die schrittweise Drehung des Schrittmotors 74 und somit des Nockens 76 treibt den Kolben 72 auf hin- bzw. hergehende Weise zwischen einer voll eingezogenen Lage, die in Fig. 2 durch ausgezogene Linien dargestellt ist, und einer voll ausgefahrenen Lage an, die in Fig. 2 bei 90 in strichpunktierten Linien dargestellt ist. Die elastisch nachgiebige Membran 20 biegt sich aufgrund der Bewegung des Kolbens 72 aus, um periodisch das Volumen der Pumpkammer 18 zu verändern, wodurch die Pumpwirkung hervorgerufen wird, die notwendig ist, eine gemessene Strömungsmittelmenge aus der Pumpkammer in die Strömungsmittelausströmleitung 14 zu treiben.

Der Motorregler 48, der den Betrieb des Ventilschrittmotors 34 regelt, und der Hauptschrittmotor 34 sind schematisch in Fig. 3 dargestellt. Der Motorregler 48 umfaßt einen Mikroprozessor 92, welcher durch eine Datenübertragungsverbindung 94 mit einem Mikroprogrammspeicher 96 verbunden ist. Geeignete Steuervorgänge für den Ventilschrittmotor 34 und den Hauptschrittmotor 74 werden in dem Mikroprogrammspeicher 96 gespeichert und auf Befehl dem Mikroprozessor 92 zugeführt. Der Mikroprozessor richtet wiederum ein Paar von Oktalriegeln 98, 100 für den Antrieb des Ventilschrittmotors bzw. des Hauptschrittmotors über die einzelnen Schritte in Übereinstimmung mit den im Mikroprogrammspeicher gespeicherten Steuervorgänge. Eine Sensoreinrichtung 102 und 104 sieht ein Zählen der Anzahl der Schritte vor, die vom Ventilschrittmotor und dem Hauptschrittmotor vorgenommen worden sind, wodurch der Mikroprozessor 9 2 in der Lage ist, die Schrittlage jedes Motors zu bestimmen. Ein Pumpen-Weglauf-Verhinderungskreis 106 ist an die Sensoreinrichtung 102 angeschlossen und zeigt die Geschwindigkeit des Hauptschrittmotors 74 an, um das Auftreten eines möglicherweise gefährlichen überstrom- oder Minderabgabezustandes zu verhindern. Schließlich ist ein Multiplexer 108 an verschiedene Datensensoren angeschlossen, wie die nicht dargestellten Kolbendruckwandler entsprechend der US-Patentanmeldung mit der Serien-Nummer 278 954. Ein A/D-Wandler 110 wandelt die Signale des Multiplexers 108 in eine Form, die für den Mikroprozessor 92 verwendbar ist,um, wobei die so umgewandelten Signale über die Datenübertragungsverbindung 111 dem Mikroprozessor zugeführt werden.

Der Oktalriegel 100 unter der Richtung des Mikroprozessors 92 in Fig. 3 ist an einen Hoch- und Niedrigstromantreiber 112, 113 über Leitungen I₁-I₈ angeschlossen. Der Hochstromtreiber 112 umfaßt einen Satz von Transistortreibern 114, 116, 118 bzw. 120, die mit Motorwicklungen W.., W₂, W^ und W₄

des Hauptschrittmotors 74 in Reihe geschaltet sind. Der Niedrigstromtreiber 113 umfaßt einen ähnlichen Satz von Transistortreibern 122, 124, 126 bzw. 128, die über einen Satz von Widerständen mit Wicklungen W--W/ in Reihe geschaltet sind. Für jeden vom Schrittmotor 74 vorgenommenen Schritt erzeugt der Oktalriegel 100 eine Kombination von Steuersignalen entlang den Leitungen I₁, I₂, I3 und I₄, um die Hochstromtreiber 114-120 einzuschalten. Danach wird ein relativ hoher Strom vom EnergiesteuerZentrum 4 2 durch die Hauptschrittmotorwicklungen W--W. und die Treiber 114 bis 120 gezogen, um für die Drehung des Hauptschrittmotors von einem Schritt zu dem nächsten die ausreichende Energie vorzusehen. Es sollte hier festgestellt werden, daß die durch den Hauptschrittmotor 74 erforderliche Energie zum Bewirken des Abwärtshubs des Kolbens 72 (in Fig. 3 nicht dargestellt) über jeden Schritt des Hauptschrittmotors nicht konstant ist, sondern sich eher als Funktion der elastischen Eigenschaften der elastisch nachgiebigen Membran 20 (ebenso in Fig. 3 nicht dargestellt) ändert. Das heißt, die elastisch nachgiebige Membran .versucht während des Intervalls zwischen jedem Schritt in ihre nicht-deformierte Ursprungslage zurückzukehren, wobei sie eine Kraft gegen den Kolben 72 ausübt, die dahin tendiert, .den Kolben zurück in die eingezogene Lage zu bewegen. Zu Beginn das nächsten Schrittes muß ein relativ großer Energiebetrag aufgebracht werden, um die durch die Membran ausgeübte Kraft zu überwinden, bevor der Kolben 72 seine Bewegung nach unten fortsetzen kann. Wenn ein Schritt vollendet ist, bewegt sich der Hauptschrittmotor 74 erneut in eine Halte- oder Ruhe-Lage und es wird weniger Energie benötigt, um den Kolben und die Membran an der versetzten Lage, assoziiert mit der des Schrittes, zu halten.

Der Kreislauf der Fig. 3 kompensiert die unterschiedlichen Energieerfordernisse des Hauptschrittmotor-Haltemodus und

des Hauptschrittmotor-Schrittmodus durch Einstellen des zwischen den Schritten durch den Hauptschrittmotor gezogenen Stromes, unter Verwendung des Satzes von Niedrigstromtreibem 122, 124, 126 und 128, die über einen Satz von Widerständen 130, 132, 134 und 136 mit den Hauptschrittmotor-Wicklungen W- - W₄ in Reihe geschaltet sind. Eine kurze Zeit, nachdem sich der Hauptschrittmotor in die nächste Schrittlage dreht, und zwar in Erwiderung auf das Einschalten der Hochstromtreiber 114-120, schaltet der Oktalriegel 100 die Hochstromtreiber ab, während gleichzeitig eine Kombination von Steuersignalen entlang den Leitungen 1,-, Ig, I₇ und l_g zugeführt werden, um die Niedrig-Stromtreiber 122-128 einzuschalten. Nachfolgend wird Strom über die Wicklungen W₁-W₄ vom EnergiesteuerZentrum 4 2 abgezogen und setzt seinen Verlauf durch die Widerstände 130-136 zu den Niedrigstromtreibern fort. Die Anwesenheit der Widerstände 130-136 reduziert natürlich die vom Energiesteuerzentrum 42 abgezogene Strommenge auf ein Niveau, welches ausreichend ist, den Erfordernissen des Haupt-Schrittmotors 74 während des Hauptschrittmotor-Haltemodus zu genügen. Somit wird die Nettomenge der für den Betrieb des Hauptschrittmotors 74 aufgebrachten Energie konserviert. Wo Hochschrittmengen auftreten, d.h. wo Hochströmungsmittelabgabemengen ausgewählt worden sind, kann das Intervall zwischen den Schritten kürzer sein als das vorprogrammierte Schaltintervall zwischen dem Hauptschrittmotor-Schrittmodus und dem Hauptschrittmotor-Haltemodus. Im letzteren Fall hat der Oktalriegel 100 niemals die Gelegenheit, die Niedrigstromtreiber einzuschalten und der Hauptschrittmotor wird keinen Niedrighaitestrom zwischen seinen Schritten anziehen.

Eine analoge Anordnung von Hochstromtreibern und Niedrigstromtreibern, allgemein dargestellt bei 138 und 140 in Fig. 3, werden durch den Oktalriegel 98 gesteuert, um

den Ventilschrittmotor 34 und das Antriebsventilbetätigungsglied 32 gegen den Abschnitt 4 0 der Membran 20 zu erregen. Die kleinere Größe des Ventilschrittmotors relativ zum Hauptschrittmotor 74 erlaubt ein Reduzieren des Gesamtstromniveaus sowohl beim Schritt- als auch beim Haltemodus des VentilSchrittmotors.

Der Pumpbetrieb der Strömungsmittelmeßvorrichtung 2 wird nun beschrieben. Hierzu wird wiederum auf Fig. 2 der Zeichnungen Bezug genommen. Es ist ersichtlich, daß das einströmende Strömungsmittel durch den Schlauch 10 zur Strömungsmittel-Einströmleitung 6 übertragen wird und in die Gasrückhaltekammer 28 gelangt/ woraufhin jegliches Gas, welches ansonsten im Strömungsmittel enthalten ist, daran gehindert wird, die Pumpkammer 18 zu erreichen, und zwar durch Anwesenheit der Gasrückhalteleitung 26. Die gasblasenfreie Flüssigkeit strömt dann von der Gasrückhaltekammer 28 durch den Passageweg 24 zur Einlaßöffnung 22. Während der Rückfüllphase jedes Pumpzyklus wird der Ventilschrittmotor 34 so betrieben, daß er das Ventilbetätigungsglied 32 nach oben bewegt, so daß das von Gasblasen freie Strömungsmittel durch die Einlaßöffnung in die Pumpkammer 18 gelangt. Kurz danach wird der Kolben 72 mittels des Hauptschrittmotors 74 nach oben bewegt, um das Volumen zu vergrößern und den Druck innerhalb der Pumpkammer 18 zu reduzieren, wodurch der Strömungsmittelstrom durch die Einlaßöffnung unterstützt wird. Die federbelastete Rückschlagkugel 62, die am Ventilsitz 66 anliegt, schließt wirkungsvoll die Auslaßöffnung 58 ab, während das Ventilbetätigungsglied 32 sich in der offenen Lage befindet. Dementsprechend kann kein Strömungsmittel in die Strömungsmittelauströmleitung 14 während der Rückfüllphase des Pumpzyklus lecken, so daß eine genaue Steuerung der von der Pumpkammer 18 zu pumpende Strömungsmittelmenge aufrechterhalten wird. Nach einem kurzen Intervall in der offenen Lage wird das Ventilbetätigungs-

glied 32 in die geschlossene Lage bewegt. Der Kolben 72 wird dann nach unten bewegt, wie dies zuvor beschrieben worden ist, um das Volumen innerhalb der Pumpkammer 18 zu reduzieren. Wenn das Volumen innerhalb der Pumpkammer abnimmt, erhöht sich der Druck innerhalb der Pumpkammer, um die durch die Feder 64 gegen die Rückschlagkugel 6 2 ausgeübte Vorspannung zu überwinden. Somit wird eine genau bemessene Strömungsmittelmenge von der Pumpkammer 18 über die Ausströmleitung 14 und den Schlauch 12 zum Patienten gepumpt. Der Strömungsmitteldruck, welcher notwendig ist, die Rückschlagkugel 62 zu öffnen, wird größtenteils durch die Federkonstante der Feder 64 bestimmt.

Entsprechend Fig. 4 kann das Verhältnis zwischen den hin- und hergehenden Bewegungen des Ventilbetätigungsgliedes 3 und des Kolbens 72 graphisch ersehen werden. Der Pumpzyklus beginnt bei einer Zeit t_fi, zu der der Kolben 72 sich in der vollständig ausgefahrenen Stellung befindet, d.h. am Boden seines Hubes. Der Ventilschrittmotor 34 beginnt seinen Schritt durch eine Serie von Lagen, welche dazu dient, das Ventilbetätigungsglied 3 2 einzufahren und die Einlaßöffnung 22 zu öffnen. Die Erregung des Hauptschrittmotors 74 wird im Motorregler 48 programmiert, so daß der Kolben 72 sein Einfahren zu einem Zeitpunkt t₁ teilweise durch die Ventilbetätigungsglied-Einfahrfolge beginnt. Zum Zeitpunkt t₂, kurz nach dem Zeitpunkt t^, erreicht das Ventilbetätigungsglied 32 die vollständig offene oder eingefahrene Lage, damit der Strömungsmittelstrom von der Einströmleitung 6 zur Pumpkammer 18 gelangen Jcann und der Ventilschrittmotor 34 wird durch ein Signal des Motorreglers 48 entregt. Mittlerweile setzt der Hauptschrittmotor 74 den Schrittbetrieb über eine Reihe von Lagen fort, um den Kolben 72 einzufahren. Zum Zeitpunkt t₃ erreicht der Kolben 72 die voll eingefahrene Lage an der Oberseite seines Hubes und der Hauptschrittmotor 74 wird durch ein zweites Signal des Motorreglers entregt. Das Ventilbetätigungsglied 32 verbleibt

für ein zusätzliches Intervall bis zum Zeitpunkt t. eingefahren. Dieses zusätzliche Intervall erlaubt ein Zurückkehren der elastischen Membran 20 in einen relativ entspannten oder undeformierten Zustand als Folge des Einfahrens des Kolbens 72. Die Differenz zwischen dem Zeitpunkt t, und dem Zeitpunkt t₃ sollte größer sein als die Relaxationszeit, und zwar in Abhängigkeit von dem besonderen Material, welches für die Herstellung der elastischen Membran 20 verwendet wird.
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Zum Zeitpunkt t. wird der Ventilschrittmotor 34 durch ein vom Motorregler 14 kommendes Steuersignal erneut erregt und beginnt den Schrittbetrieb über mehrere Schritte bis zum Zeitpunkt t₅, wenn das Ventilbetätigungsglied 32 die vollständig ausgefahrene Lage erreicht, um die Einlaßöffnung 22 abzudichten. Wenn das Ventilbetätigungsglied sich in seiner vollständig ausgefahrenen Lage befindet, wird der Ventilschrittmotor 34 erneut entregt, um den Beginn des nächsten Pumpzyklus abzuwarten. Gleichzeitig mit dem Abdichten der Einlaßöffnung zum Zeitpunkt t,- wird der Hauptschrittmotor 74 erneut erregt und verschiebt über mehrere Schritte den Antriebskolben 7 2 in Richtung nach unten, um den notwendigen Druck vorzusehen, um die-Vorspannung der Rückschlagkugel 6 2 zu überwinden. Zum Zeitpunkt t_g hebt sich die Rückschlagkugel ab, um die Auslaßöffnung 58 zu öffnen. Na difolgend wird Strömungsmittel aus der Pumpkammer 18 durch die Auslaßöffnung bis zum Zeitpunkt t₇ abgegeben, wenn der Kolben 72 in seiner vollständig ausgefahrenen Lage am Boden des Kolbenhubes ist, um den Pumpzyklus zu vervollständigen. Die Zeitperiode von t_Q bis t_g ist als Pumpzyklusrückfüllphase charakterisiert, d.h. der Teil des Pumpzyklus, der dazu bestimmt ist, die Pumpkammer 18 in Vorbereitung für die Abgabe des Strömungsmittels an dem Patienten wieder aufzufüllen, während die Zeitperiode zwischen t, und t^ als Pumpzyklusabgabephase charakterisiert ist. Die Pump-

zyklus-Rückfüllphase umfaßt das Intervall vom Zeitpunkt t bis zum Zeitpunkt t_fi zum unter Drucksetzen der Pumpkammer, welches Intervall als Pumpzyklus-Druckphase bezeichnet wird.

Ohne Korrektur führt die Unterbrechung der Strömungsmittelströmung, die während der Rückfüllphase des Pumpzyklus auftritt, möglicherweise zu der Ausbildung von Strömungsmittelimpulsen in der Ausströmleitung 14 der Strömungsmittelmeßvorrichtung 2 und dem Schlauch 12. Solche Impulse sind unerwünscht, insbesondere wo das involvierte Strömungsmittel ein schnell-stoffwechselndes Arzneimittel ist, welches nahezu momentane physiologische Reaktionen im Patienten hervorrufen kann. Eine pulsierende Strömungsmittelabgabe kann insbesondere beibehalten werden. Jedoch eine im wesentlichen kontinuierliche Strömung des Strömungsmittels zwischen der Meßvorrichtung 2 und dem Patienten kann eingerichtet werden, indem die für das Vervollständigen der Rückfüllphase erforderliche Zeit so kurz wie möglich relativ zu der Zeit gemacht wird, die zum Ausführen der Strömungsmittelabgabephase notwendig ist. Es besteht ein geringer Raum für das Zusammenbringen der Rückfüllphase selbst, weil die Zeit von t„ bis tr, die für das tatsächliche Rückfüllen oder Wiederauffüllen der Pumpkammer 18 mit Strömungsmittel verwendet wird, im wesentlichen durch die Geometrie der Pumpkammer fest ist. Nur der Druckabschnitt der Rückfüllphase kann reduziert werden, und zwar durch das Hilfsmittel des Antriebs des Hauptschrittmotors 74 mit erhöhter Geschwindigkeit zwischen dem Zeitpunkt tr und t_fi. Der größere Vorteil des vorliegenden Steuervorganges liegt in der Einstellung des Betriebes des Hauptschrittmotors während der Abgabephase, um den Abwärtshub des Kolbens 72 so lange wie möglich zu strecken, und zwar in Abhängigkeit von dem durch die Notwendigkeit aufgegebenen Zwang, innerhalb des spezifischen Intervalls genügend Strömungsmittel zu pumpen, um der gewünschten Strömungsmittelabgabemenge zu begegnen. Dieses Strecken des

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Kolbenabwärtshubes kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Zeitpunkt t₇ gleich einer gewissen Konstante ist, geteilt durch die gewünschte Strömungsmittelabgabemenge. Das heißt
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t₇ = k/Menge,

worin k eine Konstante ist, die auf der Basis der Pumpkamme rgeometrie gewählt ist und die "Menge" ein Wert ist, welcher die gewünschte Menge der Strömungsmittelabgabe repräsentiert. Auf diese Weise werden die pulsierenden Wirkungen der Diskontinuität hinsichtlich der Strömungsmittelabgabe in Assoziation mit der Rückfüllphase über den gesamten Pumpzyklus minimiert.

•Figur 5 illustriert graphisch die Menge der Strömungsmittelabgabe von der Strömungsmittelmeßvorrichtung 2 als eine Funktion der Zeit. Über den Großteil der Rückfüllphase P jedes Pumpzyklus C befindet sich das Ventilbetätigungsglied 32 in einer offenen Lage und Strömungsmittel gelangt durch die Einlaßöffnung 22 in die Pumpkammer 18. Der Kolben 72 ist entweder eingefahren oder vollständig eingefahren und die Rückschlagkugel 6 2 geschlossen, um zu- verhindern,daß jegliches Strömungsmittel die Pumpkammer 18 verläßt. Darüber hinaus wird die Passage des Strömungsmittels von der Pumpkammer 18 fortgesetzt für ein kurzes Zeitintervall in der Nähe des Endes der Rückfüllphase P blockiert, wenn der Kolben 72 seinen Abwärtshub beginnt und der Druck in der Pumpkammer 18 sich auf einen Druck aufbaut, welcher ausreichend ist, die Rückschlagkugel 6 2 zu öffnen. Dieses letztere Intervall ist die Druckphase P . Natürlich ist die Abgabemenge während der gesamten Rückfüllphase P , einschließlich der Druckphase P , entsprechend der Anzeige bei 142 in

P
Fig. 5 gleich Null. Während der restlichen Phase oder der

Abgabephase P, des Pumpzyklus wird der Kolben 72 in eine

vollständig ausgefahrene Lage bewegt, um die elastisch nachgiebige Membran 20 nach unten zu drücken und Strömungsmittel von der Pumpkammer 18 vorbei an die nun offene Rückschlagkugel 62 zu pumpen. Entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung wird der Hauptschrittmotor 74 so gesteuert, daß der Kolben 72 sich über den Abwärtshub mit einer konstanten Geschwindigkeit für den Großteil der Abgabephase P, bewegt. Somit ist, wie bei 144 in Fig. 5 angedeutet ist, die Strömungsmittelabgabemenge während der Abgabephase P-, größtenteils konstant. Um der Tatsache zu genügen, daß kein Strömungsmittel während der Rückfüllphase P von der 'Pumpkammer 18 abgegeben wird, ist es jedoch für eine kurze Zeitperiode nach dem Einleiten der Abgabephase P, notwendig, eine erhöhte Strömungsmittelabgabemenge vorzusehen, wie dies in Fig. 5 durch 146 angedeutet ist. Diese momentane hohe Abgabemenge 146 tritt während einer Auffangphase P auf, die unmittelbar dem Einsetzen der Abgabephase Ρ, folgt. Nach einer gewissen Überlegung ist ersichtlich, daß die Nettowirkung der hohen Abgabemenge 146 die mittlere Abgabemenge für den gesamten Pumpzyklus so nahe wie möglich an der zeitlinearen oder konstanten Abgabemenge 144 hält. Das Einleiten der Auffangphase P trägt dann weiterhin zu dem gewünschten Ziel bei, einen im wesentlichen kontinuierlichen oder zeitlinearen Strom von Strömungsmittel zwischen der Stromungsmittelmeßvorrichtung 2 und dem Patienten vorzusehen.

Ein Verfahren zum Erzielen einer angemessen hohen Abgabemenge während der Auffangphase des Pumpzyklus ist im Flußdiagramm der Fig. 6 dargelegt. Das Verfahren gemäß Fig. 6 ist grundsätzlich ein Berechnungsverfahren, wodurch ein Lauf-Cobol-Zähler an der Strömungsmittelmenge gehalten wird, welche von der Pumpkammer 18 abgegeben werden soll, um eine im wesentlichen zeitlineare mittlere Abgabemenge über den gesamten Pumpzyklus aufrechtzuerhalten. Der genannte

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Zähler wird dazu verwendet, am Ende der Rückfüllphase den Antrieb des Hauptschrittmotors 74 mit einer erhöhten Geschwindigkeit anzutreiben, bis der tatsächliche Defizit an Strömungsmittelabgabe, verursacht durch die Rückfüllphase, überwunden wird. An diesem Punkt wird der Hauptschrittmotor mit normaler Geschwindigkeit angetrieben, um die in Fig. 5 angezeigte, im wesentlichen konstante Strömungsmittelabgabemenge vorzusehen.

Ein VOLUMEN DANK (VOLUME OWING)-Register im Mikroprozessor 92 ist zunächst dazu bestimmt, MENGEN (RATE)-repräsentative Signale zu vorbestimmten Intervallen im Pumpenzyklus zu sammeln. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das MENGE (RATE)-Signal direkt proportional zur gewünschten Strömungsmittelabgabemenge. Entsprechend der Angabe im Programmblock 148 der Fig. 6 wird die im Motorregler 48 vorgesehene Steuerfolge alle η Sekunden unterbrochen, wenn η ein Bruchwert ist, welcher ein Zeitintervall repräsentiert, welches kleiner ist als die Länge der Rückfüllphase. Bei jeder solchen Unterbrechung wird das MENGE (RATE)-Signal zum VOLUMEN DANK (VOLUME OWING)-Register zuaddiert, was in Fig. 6 durch den Programmblock 150 angezeigt ist. Nachfolgend wird>eine Bestimmung gemacht, ob der Pumpzyklus sich in der Rückfüllphase oder der Abgabephase befindet. Diese Bestimmung, welche durch den Programmblock 152 angezeigt wird, kann auf der erfaßten Schrittlage des HauptSchrittmotors 74 basieren. Das heißt, wenn der Hauptschrittmotor 74 sich in der Schrittlage befindet, die anders ist als solche Schrittlagen im Zusammen-0 hang mit der Abgabephase P, des Pumpzyklus, befindet sich der Pumpzyklus in einer Rückfüllphase.

Während der Rückfüllphase des Pumpzyklus resultiert die Bestimmung im Programmblock 152 in einem fortgesetzten Ver-35

schieben des Ventilschrittmotors 34 über seine Schritte, angezeigt durch den Programmblock 154. Der Motorsteuerprozeß gemäß Fig. 6 kehrt dann zurück zum Prozeßausgangspunkt am Programmblock 148, um die nächste Steuerfolgen-Unterbrechung abzuwarten. Auf diese Weise wird das MENGE (RATE)-Signal zu dem VOLUMEN DANK (VOLUME ,OWING)-Register alle η Sekunden addiert und die Menge des VOLUMEN DANK (VOLUME OWING)-Registers erhöht sich progressiv und sammelt sich über die Rückfüllphase an. Wenn jedoch im Programmblock 152 festgestellt wird, daß die Rückfüllphase beendet ist und die Strömungsmxttelabgabephase begonnen hat, so erfolgt, wie im Programmblock 156 angezeigt, ein Vergleich zwischen der akkumulierten Menge im VOLUMEN DANK (VOLUME OWING)-Register und einem vorbestimmten Wert SCHRITTVOLUMEN (STEP VOLUME). Das SCHRITTVOLUMEN (STEP VOLUME) repräsentiert das mittlere Volumen des von der Pumpkammer 18 abgegebenen Strömungsmittels für jeden vom Hauptschrittmotor 74 während der Abgabephase des Pumpzyklus vorgenommenen Schritt. Wenn die Menge des VOLUMEN DANK (VOLUME OWING)-Registers größer ist oder gleich ist dem Wert SCHRITTVOLUMEN (STEP VOLUME), so wird der Hauptschrittmotor 74 um einen Schritt vorbewegt, angezeigt am Programmblock 158. Die Menge im VOLUMEN DANK (VOLUME OWING)-Register wird durch den Wert SCHRITTVOLUMEN (STEP VOLUME) vermindert, was beim Programmblock 160 angezeigt ist. Der Vergleich im Programmblock 156 wird nun bei η Sekunden-Intervallen wiederholt, und zwar den Hauptschrittmotor 74 über Serien von Schritten, ebenso bei η Sekunden-Intervallen, fortschreitend, um das Strömungsmittel aus der Pumpkammer 18 mit einer hohen Abgabemenge 146 abzugeben, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Diese hohe Abgabemenge setzt sich solange fort, bis das gesamte Volumen des so abgegebenen Strömungsmittels die Unterbrechung des Strömungsmittelstromes kompensiert, welche während der Rückfüllphase auftreten würde, d.h.

bis die Menge des VOLUMEN DANK (VOLUME OWING)-Registers auf einem Wert geringer als der Wert SCHRITTVOLUMEN (STEP VOLUME) erschöpft ist, welcher Wert SCHRITTVOLUMEN

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(STEP VOLUME) das Volumen der von der Pumpkammer 18 durch einen einzelnen Schritt des Hauptschrittmotors abgegebenen Strömungsmittels repräsentiert. An diesem Punkt wird der Hauptschrittmotorbetrieb des Programmblocks 158 umgeleitet und die Menge des VOLUMEN DANK (VOLUME OWING)-Registers beginnt mit der Akkumulation bis dieses den Wert des SCHRITTVOLUMENS (STEP VOLUME) übersteigt und der Motor wird erneut über einen Schritt im Programmblock 158 vorgeschoben. Die letztere Situation, in der das von der Pumpkammer 18 abgegebene Strömungsmittel mit der im VOLUMEN DANK (VOLUME OWING)-Register akkumulierten Menge Schritthält, tritt während dem Abschnitt der Abgabephase auf, welche durch die im wesentlichen konstante Strömungsmittelabgabemenge 144 der Fig. 5 charakterisiert ist.

Ein zusätzlicher Faktor, involviert durch Aufrechterhalten einer zeitlinearen mittleren Abgabemenge, erhebt sich aus dem mechanischen Verhältnis zwischen dem Nocken 76 und dem Kolben 72. Fig. 7 sieht eine abgewickelte Darstellung des Nockens 76 vor, einschließlich der Nockenfläche 84 und der Welle 78, welche den Nocken 76 mit dem Hauptschrittmotor 74 verbindet. Der Hauptschrittmotor 74 dreht sich über eine Reihe von Schritten in Erwiderung auf die Steuersignale, die vom Motorregler 48 aufgenommen werden. Jeder der Schritte ist gegenüber dem nachfolgenden Schritt um einen gleichen Betrag winkelmäßig versetzt. Wenn daher der Hauptschrittmotor 74 sich von Schritt zu Schritt bewegt, unternimmt die Welle 78 und der Nocken 76 ebenso eine Reihe von gleichen Winkelverschiebungen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unternimmt der Schrittmotor 74 24 Schritte pro halbe Umdrehung. Die 24 Schritte dienen dem Antrieb des Kolbens 72 von der vollständig eingezogenen Lage durch den Abwärtshub in die vollständig ausgefahrene Lage. Der Motor wird daraufhin umgekehrt und über dieselben 24 Schritte in Umkehrrrichtung angetrieben, um

den Kolben 72 von der vollständig ausgefahrenen Lage über den Aufwärtshub zurück in die vollständig eingefahrene Lage zu bringen. Aus Einfachheitsgründen werden in Fig. 7 nur repräsentative Winkelverschiebungen 0,0 und 0 dargestellt. Wie zuvor angezeigt.· wurde, sind alle Winkelverschiebungen gleich. Jedoch infolge des Verhältnisses zwischen der Welle 78, der Nockenfläche 84 und dem Kolben 72 erzeugen gleiche winkelmäßige Verschiebungen des Nockens 76 nicht gleiche geradlinige Bewegungen des Kolbens. SoI-ehe Winkelverschiebungen 0 , die während der ersten wenigen Motorschritte auftreten, wenn der untere Abschnitt 162 der Nockenfläche 84 mit dem Kolben 72 in Berührung steht, erzeugt eine geringere geradlinige Bewegung des Kolbens als eine solche winkelmäßige Verschiebung 0 , welche während der mittleren Motorschritte auftreten würde, wenn der mittlere Abschnitt 164 der Nockenfläche 84 mit dem Kolben in Berührung steht. Die Motorschritte, welche eine Winkelverschiebung 0 in der Nähe des Mittelpunktes jeder Motor-Umdrehung erzeugt, wenn der obere Abschnitt 166 der Nockenfläche 84 mit dem Kolben 72 am Ende des Kolbenabwärtshubes in Berührung steht, resultiert gleicherweise in einer relativ geringeren geradlinigen Bewegung des Kolbens pro Motorschritt.

Die Nockenkurve 168 der Fig. 8 illustriert graphisch das Verhältnis zwischen den Motorschritten und der geradlinigen Kolbenverschiebung während des Kolbenabwärtshubes. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vollzieht der Hauptschrittmotor 74 24 Schritte pro halbe Umdrehung. Es bestehen drei distinktiv unterschiedliche Nockenphasen, die aus der Nockenkurve 168 sich ergeben und ersichtlich sind. Die erste Phase tritt am Anfang jedes Pumpzyklus auf, wenn der Hauptschrittmotor 74 sich über seine Anfangschritte zum Punkt a dreht. Es wird wiederholt, daß die geradlinige Verschiebung des Kolbens 72 während die-

ser ersten Phase minimal ist. Die zweite Nockenphase zwischen den Punkten a und b ist durch die Drehung des Hauptschrittmotors 74 über seine mittleren Motorschritte charakterisiert. Die Bewegung des Kolbens 72 auf dem Abwärtshub ist nahezu linear, d.h. der Kolben 72 wird durch einen¹ gleichen Betrag für jede Winkelverschiebung des Nockens 74 versetzt. Vom Punkt b bis zum Punkt c, welcher die Lage des vollständig ausgefahrenen Kolbens beim 24. Motorschritt markiert, ist die geradlinige Verschiebung des Kolbens 72 wiederum nicht linear, sondern progressiv abnehmend bis die vollständig ausgefahrene Kolbenlage erreicht wird.

Während der zweiten Nockenphase, in der die geradlinige Verschiebung des Kolbens 72 in nahezu gleichen Schritten für jeden Motorschritt fortschreitet, ist das von der Pumpkammer 18 bei jedem Motorschritt ausgestoßene Strömungsmittelvolumen nahezu gleich. Andererseits variiert das von der Pumpkammer pro Motorschritt während der ersten und dritten Nockenstufen ausgestoßene Strömungsmittelvolumen zwischen den Motorschritten. Es ist daher klar, daß die Schrittgeschwindigkeit des Hauptschrittmotors 74 von Nockenphase zu Nockenphase verändert werden muß, wenn das von der Pumpkammer 18 pro Zeiteinheit ausgestoßene Strömungsmittelvolumen über den gesamten Pumpzyklus konstant bleiben soll.

Dies wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch Programmieren des Motorreglers 48 erzielt, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der der Hauptschrittmotor über seine Schritte in Vorwärtsrichtung während der ersten und dritten Nockenphase angetrieben wird. Wenn der Hauptschrittmotor 74 durch 24 Schritte pro halbe Umdrehung charakterisiert ist, tritt die erste Nockenphase über nahezu die ersten 6 Motorschritte auf, während die letzten 4 Motorschritte die dritte Nockenphase bilden. Der Motorregler 48 ist dementsprechend dazu bestimmt, den Hauptschrittmotor 74 mit erhöhter Geschwindigkeit anzutreiben, wenn immer der Hauptschrittmotor sich bei den Schritten 1

bis 6 oder 20 bis 24 in der Vorwärtsrichtung befindet. Es sollte hinsichtlich der Strömungsmittelmeßvorrichtung der Fig. 2 festgestellt werden, daß die ersten sechs Schritte des Hauptschrittmotors 74 mit der Druckphase P des Pump-Zyklus C, dargestellt in Fig. 5, zusammenfallen. Konsequenterweise verkürzt das Antreiben des Hauptschrittmotors 74 mit höherer Geschwindigkeit während der Motorschritte 1-6, zum Kompensieren der Wirkungen der ersten Nockenphase, gleichzeitig die Rückfüllphase P des Pumpzyklus auf die zuvor festgestellte Weise. Nach dem Belassen des Hochgeschwindigkeits-Steuerf olgenmodus, assoziiert mit der ersten Nockenphase*, wird sich der Motorregler 48 dann direkt in den Hochgeschwindigkeits-Steuerfolgenmodus, assoziiert mit der Pumpzyklus-Auffangphase P der Fig. 5 bewegen, bevor der Steuerfolgenmodus reduzierter Geschwindigkeit erreicht wird, welcher normalerweise mit der zweiten Nockenphase der Fig. assoziiert ist.

Der vollständige Schrittmotorsteuervorgang der vorliegenden Erfindung kann entweder über ein Spezial-Hardware oder ein programmierbares Hardware durchgeführt werden, welches ein angemessenes Software benutzt. Ein solches Software zum Durchführen des Schrittmotorsteuervorganges wird in Verbindung mit Fig. 3-8 entsprechend der Anlage A diskutiert.

Wie zuvor angezeigt, kann der Schrittmotorsteuervorgang der vorliegenden Erfindung mit einer geeigneten Modifikation dazu verwendet werden, die Strömungsmittelmeßvorrichtung der US-Patentanmeldung mit der Serien-Nummer 174 666 anzuwenden. Tatsächlich besteht der Hauptunterschied zwischen der Strömungsmittelmeßvorrichtung der Fig. 2 und der Strömungsmittelmeß vor richtung der vorgenannten US-Patentanmeldung in der Verwendung eines druckbetätigten Ventilmechanismus bei der letztgenannten Vorrichtung, im Gegensatz zu einem

Nocken- und Schrittmotor-betätigten Ventilmechanismus zum öffnen und Schließen der Einlaßöffnung der Pumpkammer. Daher ist lediglich eine wesentliche Modifikation dahingehend notwendig, den Schrittmotor-Steuervorgang der vorliegenden Erfindung mit der Strömungsmittelmeßvorrichtung der vorgenannten US-Patentanmeldung kompatibel zu machen, welches die Eliminierung des Teiles des Schrittmotor-Steuervorganges involviert, welcher auf die Ventilschrittmotor-Betätigungsfolgen gerichtet ist.

Claims

32391 SO

HOFFiviANN · EITLE & PARTNER

PATENT-UND REOHTSANWALTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN . DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FÜCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. 6ORG

DIPL.-1NG. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

37 659 p/hl

OXIMETRIX, INC.
Mountain View / V.St.A.

Schrittmotor-Steuervorgang für die quasi kontinuierliche Strömungsmittelinfusion variabler Menge

Patentansprüche

f 1.)Verfahren zum präzisen Messen von Strömungsmitteln in einer vorbestimmten Menge aus einer Meßvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Verfahren folgende Verfahrensschritte umfaßt: Füllen der Meßvorrichtung mit einer vorbestimmten Strömungsmittelmenge während einer ersten Zeitperiode; Pumpen eines Teils der genannten vorbestimmten Strömungsmittelmenge während einer zweiten Zeitperiode aus der Meßvorrichtung in einer ersten Menge, die größer ist als die vorbestimmte Menge und Pumpen des restlichen Teils der vorbestimmten Strömungsmittelmenge aus der Meßvorrichtung während einer dritten Zeitperiode in einer zweiten Menge, die im wesentlichen gleich der vorbestimmten Menge ist, so daß die mittlere Strömungsmittelmenge, die während der ersten, zweiten und dritten Zeitperiode aus der Meßvorrichtung gepumpt wurde, gleich der vorbestimmten Menge ist.

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2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß dieses folgende weitere Verfahrensschritte umfaßt: Berechnen von ersten und zweiten diskreten Werten, wobei die Größe des genannten ersten diskreten Wertes proportional der Größe der vorbestimmten Menge ist, Hinzufügen des genannten ersten diskreten Wertes auf kumulative Weise in diskreten Intervallen während der genannten ersten Zeitperiode, um am Ende der ersten Zeitperiode ein akkumuliertes Ganzes abzuleiten; Abziehen des genannten zweiten diskreten Wertes vom akkumulierten Ganzen in diskreten Intervallen während der zweiten Zeitperiode und Einleiten des Pumpens des verbleibenden Teils der vorbestimmten Strömungsmittelmenge in einer zweiten Menge, wenn die Größe des genannten akkumulierten Ganzen auf Null zurückgeht.
3. Verfahren zum präzisen Messen von Strömungsmitteln von einer Meßvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß die Meßvorrichtung eine Pumpeinrichtung für das Vorsehen einer reziprokierenden Bewegung umfaßt, um das Strömungsmittel aus der Meßvorrichtung zu pumpen, daß eine Motoreinrichtung als Quelle der Drehbewegung dient und eine Nockeneinrichtung die Drehbewegung der Motoreinrichtung in eine reziprokierende Bewegung der Pumpeinrichtung umwandelt, indem die Motoreinrichtung gedreht wird, um die Pumpeinrichtung hinsichtlich einer größeren oder kleineren geradlinigen Verschiebung als eine Funktion der Winkelverschiebung der Motoreinrichtung zu bewegen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfaßt:

Betreiben der Motoreinrichtung mit relativ höheren Drehgeschwindigkeiten während dieser Perioden, wenn die Nockeneinrichtung die Pumpeinrichtung über geradlinige Verschiebungen geringerer Größe bewegt und Betätigung der Motoreinrichtung mit relativ niedriger Drehgeschwindigkeit während solcher Perioden, in denen die Nockeneinrichtung die Kolben-

BAD ORIGINAL

einrichtung über eine geradlinige Verschiebung größeren Ausmaßes bewegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Motoreinrichtung einen Schrittmotor umfaßt, welcher in Schritten betreibbar ist, um die Nockeneinrichtung über gleiche Winkelverschiebungen zu drehen, daß jede WinkelverSchiebung der Nockeneinrichtung eine größere oder kleinere geradlinige Verschiebung der Pumpeneinrichtung als eine Funktion der gesamten Winkelverschiebung der Motoreinrichtung bewegt, daß der Schritt zum Betätigen der Motoreinrichtung mit der relativ höheren Drehgeschwindigkeit den weiteren Schritt des Verschiebens des Schrittmotors über einzelne Schritte in relativ kürzeren Intervallen umfaßt, und zwar während solcher Perioden, in denen die Winkelverschiebungen der Nockeneinrichtung eine geringere geradlinige Verschiebung der Pumpeinrichtung erzeugt und daß der Schritt zum Betätigen der Motoreinrichtung bei relativ geringeren Drehgeschwindigkeiten den weiteren Schritt des Verschieben des Schrittmotors über einzelne Schritte mit relativ längeren Intervallen während solcher Perioden umfaßt, in denen die Winkelverschiebungen der Nockeneinrichtung eine größere geradlinige Verschiebung der Pumpeinrichtung erzeugt.
5. Verfahren zum Abgeben von Strömungsmittel aus einer Meßvorrichtung in einer gewünschten Menge auf eine relativ kontinuierliche, nicht pulsierende Weise, dadurch gekennzeichnet , daß das Verfahren folgende Ver- fahrensschritte umfaßt: Füllen der Meßvorrichtung mit dem Strömungsmittel während einer ersten Zeitperiode; Pumpen des Strömungsmittels aus der Meßvorrichtung während einer zweiten Zeitperiode und Einstellen der ersten und zweiten Zeitperiode so, daß die erste Zeitperiode im wesentlichen kürzer ist als die genannte zweite Zeitperiode.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend einem weiteren Schritt die zweite Zeitperiode so eingestellt wird, daß die zweite Zeitperiode umgekehrt proportional zur gewünschten Abgabemenge ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend einem weiteren Schritt die zweite Zeitperiode so eingestellt wird, daß die zweite Zeitperiode gleich einem vorbestimmten Wert, geteilt durch die gewünschte Abgabemenge ist.
8. Verfahren zum Einsparen von Energie während des Betriebes eines Schrittmotors, welcher durch eine Reihe von einzelnen Motorschritten angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: Erzeugen einer ersten Serie von Steuersignalen in einer ersten Serie von Zeitintervallen; Erzeugen einer zweiten Serie von Steuersignalen in einer zweiten Serie von Zeitintervallen; Erregen des Schrittmotors mit einem ersten Stromniveau in Erwiderung auf jedes Steuersignal der ersten Serie von Steuersignalen und Erregen des Schrittmotors mit einem zweiten Stromniveau in Erwiderung auf jedes Steuersignal der zweiten Serie von Steuersignalen, wobei das zweite Stromniveau geringer ist als das erste Stromniveau.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Auswählens der ersten und zweiten Serie von Zeitintervallen so ist, daß die erste und zweite Serie von Steuersignalen miteinander abwechseln.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend einem weiteren Schritt die erste Serie von Zeitintervallen so ausgewählt wird, daß jedes

Steuersignal in der ersten Serie von Steuersignalen zu Beginn der Motorschritte auftritt, während jedes Steuersignal der zweiten Serie von Steuersignalen während der Periode zwischen den Motorschritten auftritt. 05
11. Apparat zum Einsparen von Energie eines Schrittmotors, welcher mit einem Strom einer Stromquelle versorgt wird und danach durch eine Serie von Motorschritten angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Apparat umfaßt:

a) eine Steuereinrichtung zum Erzeugen erster und zweiter Steuersignale;

b) eine erste Leiteinrichtung, die zwischen der Steuereinrichtung und dem Schrittmotor angeschlossen ist, um ein relativ großes Stromniveau von der Stromquelle durch den Schrittmotor zu ziehen, und zwar in Erwiderung auf das erste Steuersignal und

c) eine zweite Leiteinrichtung, die zwischen der genannten Steuereinrichtung und dem Schrittmotor angeschlossen ist, um ein relativ niedriges Stromniveau von der Stromquelle durch den Schrittmotor zu ziehen, und zwar in Erwiderung auf das genannte zweite Steuersignal,
12. Apparat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leiteinrichtung eine Widerstandseinrichtung umfaßt, durch die der von der Stromquelle durch den Schrittmotor gezogene Strom so fließt, daß das durch den Schrittmotor in Erwiderung auf das zweite Steuersignal gezogene Stromniveau geringer ist als das durch den Schrittmotor in Erwiderung auf das erste Steuersignal gezogene Stromniveau.
13. Apparat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leiteinrichtung einen ersten Satz

von Transistortreibern und die genannte zweite Leiteinrichtung einen zweiten Satz von Transistortreibern umfaßt.
14. Apparat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuersignal zu Beginn jeder Motorschrittfolge erzeugt wird und daß das zweite Steuersignal während der Periode von Zwischenschritten erzeugt wird.
15. Apparat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen oktalen Riegel umfaßt.
16. Apparat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Steuereinrichtung einen Mikroprozessor • umfaßt.