CN111819362B - 用于隔膜流体泵的驱动装置和操作方法 - Google Patents

用于隔膜流体泵的驱动装置和操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于隔膜流体泵的驱动装置，包括：工作泵，该工作泵为了驱动隔膜流体泵而通过压力管线连接到隔膜流体泵，且该工作泵具有空心缸和工作活塞，该工作活塞能在该空心缸中在两个换向点之间来回轴向运动以增减工作泵中的与压力管线处于压力交换连通的工作室，用于控制该工作活塞在换向点之间运动的控制单元，其特征是，该工作活塞的受控运动包括三个时间接续的阶段，其中，在第一阶段中该工作活塞被加速到大于第一阶段结束时的速度的速度，在第二阶段中如此移动该工作活塞，即该工作活塞的预定速度、该工作室中的预定相对压力或该工作活塞的预定力保持基本恒定，而在第三阶段中该工作活塞以负加速度运动。

Description

用于隔膜流体泵的驱动装置和操作方法
技术领域
本发明涉及用于隔膜流体泵的驱动装置、分别包含这种驱动装置的泵***和心脏辅助***以及用于操作该驱动装置的方法。
背景技术
在现有技术中已经知道用于隔膜流体泵的驱动装置，其被用作用于心脏辅助***中的隔膜血泵的驱动装置。所述驱动装置具有气压缸，其通过压力管线连接到隔膜血泵。在气压缸内，活塞可在两个换向点之间来回摆动运动。活塞运动减小或增大气压缸内的与压力管线处于压力交换连通的工作室的容积。工作室还具有平衡阀，工作室通过该平衡阀连通至环境以进行空气交换。借助该阀，当工作室内相对压力为负时可以吸入空气，而当相对压力为正时可以排放空气。活塞通过被电动机驱动的轴杆被移动。
尤其已经知道被用于从60毫升输送容积起的大型血泵的驱动装置。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种新型的用于隔膜流体泵的驱动装置，它也特别适用于小型隔膜流体泵。
此外，应该提供一种用于操作驱动装置的相应方法、一种相应的泵***以及一种包含该驱动装置的相应的心脏辅助***。
该任务通过一种驱动装置、一种泵***、一种心脏辅助***以及一种用于操作该驱动装置的方法完成。在本发明其他方面中分别说明了本发明驱动装置和本发明方法的有利改进方案。
根据本发明的用于隔膜流体泵的驱动装置包括工作泵，其中该工作泵为了驱动隔膜流体泵通过压力管线连接到隔膜流体泵，并且该工作泵具有空心缸和工作活塞，工作活塞可在空心缸中在两个换向点之间轴向来回运动以增减该工作泵内的与压力管线处于压力交换连通的工作室。
此外，本发明的工作泵包括用于控制工作活塞在换向点之间运动的控制单元。在此，工作活塞运动的控制是指有目的地影响工作活塞运动，从而获得工作活塞的预定运动或工作泵的预定状态。尤其是，工作活塞运动的控制是指用于获得预定运动或预定状态的调节。
根据本发明的驱动装置的特点在于，工作活塞的受控运动包括三个时间接续的阶段，其中在第一阶段中该工作活塞被加速到大于第一阶段结束时速度的速度，在第二阶段中该工作活塞如此运动，即保持工作活塞的预定速度、工作室内的预定相对压力或工作活塞的预定力基本恒定，而在第三阶段中该工作活塞以负加速度运动。
以下，如果没有明确说明加速度的正负，则加速度是指正加速度、即朝运动方向的速度增加。相对压力是指相对于环境压力的工作室内压力。工作活塞的力尤其可以包括工作活塞的负荷和惯性。
也称为压缩阶段、泵送阶段和制动阶段的第一至第三阶段在半个泵周期内运行，即一次处于排空阶段、一次处于填充阶段。排空阶段在此是指通过工作活塞运动将隔膜流体泵排空的阶段。填充阶段在此是指通过工作活塞运动来填充隔膜流体泵的阶段。第一、第二和第三阶段可具有不同的持续时间。第一阶段的持续时间尤其可为半个泵周期持续时间的≥30％和/或≤45％，优选是≥35％和/或≤40％，第二阶段的持续时间为半个泵周期持续时间的≥35％和/或≤50％，最好是≥40％和/或≤45％，第三阶段的持续时间是半个泵周期持续时间的≥1％和/或≤16％，优选是≥5％和/或≤10％，更优选为8％。压缩阶段和泵送阶段的持续时间也可以是可变的和/或取决于工作泵状态变量。例如持续时间可取决于工作室内的相对压力或已完成的活塞行程。例如在工作活塞在第二阶段即泵送阶段中移动而使预定相对压力保持恒定情况下，先前的压缩阶段可以持续到在工作室内到达预定活塞位置为止。
此外，这三个阶段可分别通过过渡阶段彼此分开，在这里，第一和第二阶段通过第一过渡阶段彼此分开，第二和第三阶段通过第二过渡阶段彼此分开，第三和第一阶段通过第三过渡阶段彼此分开。过渡阶段用于工作活塞加速的连续性，使得工作活塞平稳或低负荷运动成为可能。这些过渡阶段具有相同或不同的持续时间。在过渡阶段具有相同的持续时间情况下，过渡阶段的持续时间可以是半个泵周期持续时间的≥2％和/或≤10％，特别是≥3％和/或≤6％，特别优选4％。
此外可以想到，第一至第三阶段中的两个或全部阶段先后紧随。于是，所有发生的阶段的持续时间之和对应于排空阶段或填充阶段的持续时间。排空阶段或填充阶段的持续时间也称为排空期或填充期。
本发明的驱动装置尤其适合驱动小型隔膜流体泵。根据三个阶段控制驱动装置的工作活塞运动允许高的泵输出功率和由隔膜流体泵带来的低的血液损害危险。特别是，通过首先在第一阶段中快速达到规定泵速、规定抽吸压力或规定抽吸力来实现高的抽吸功率。在这种情况下，因为在第一阶段开始时工作室内相对压力仍然很低且支持工作活塞运动，故该驱动装置一开始仅耗用少量能量。这提高驱动装置效率。具有恒定泵送速度、恒定泵送压力或恒定泵送力的第二阶段容许高效传递泵送能量至隔膜流体泵、隔膜流体泵的均匀一致的泵送和进而流体均匀流入和流出隔膜流体泵。流体均匀流动尤其还降低损害血液的风险。在第三阶段中该工作活塞被减速，以便随后在换向后朝反向移动。
该控制单元尤其可以设立用于控制工作活塞运动，从而在第一阶段中该工作活塞被加速到是在第一阶段结束时的速度的至少1.2倍、优选至少1.6倍且最多15倍、优选最多7倍的速度。此外，该控制单元可设立用于控制工作活塞运动，从而该工作活塞在第一阶段中以线性减小的加速度运动。由此可以实现位置调整或速度调整的操作，此时可补偿由加工或磨损引起的差异。此外，可以将峰值速度(峰值转速)限制到目标值并且仅用一个参数就可以使位置设定值适配于所连接的泵-插管组合。
该控制单元也可以设立用于如此控制工作活塞运动，工作活塞在第三阶段中以基本恒定的负加速度运动。这允许工作活塞缓慢减速，由此可以限制加速度峰值和电流。
第三阶段尤其能以工作活塞停止来结束，此后，工作活塞朝相反方向进一步运动。在此，静止表示速度为零，但加速度不一定等于零。
该驱动装置优选可包括用于驱动工作活塞的电动机。电动机尤其可包括主轴尤其是滚珠丝杠或滚珠丝杠传动机构，其设立用于将电极扭矩传递到工作活塞，使得工作活塞在换向点之间进行平移运动。在主轴转速n和工作活塞转速v之间优选存在按照如下公式的固定的运动学关系：v＝常数*n。
该控制单元可设立用于根据用于工作活塞的随时间的位置设定值来控制工作活塞运动，其中在第二阶段中该工作活塞速度基本保持恒定。根据随时间的位置设定值的工作活塞运动的控制尤其是指如下调节(也称为位置调节)，在此随时间的位置设定值是被调变量。根据位置设定值的运动控制对负荷变化和泄漏所致的易出故障性较低。例如有误的工作室内相对压力不会直接导致有误的工作活塞运动。根据位置设定值的工作活塞运动的控制的另一个优点在于，即便负荷增大，也与压力无关地根据位置设定值来控制该工作活塞。在根据压力设定值进行控制的情况下，在此情况下所输送的空气量将减少。在根据位置设定值的控制下，血流不会随着负荷增大而像在根据压力设定值的控制时那样显著减少。此外，可以补偿不同工作泵之间的机械差异，由此，血流变得更可再现且更均匀。
附加地或替代地，该控制单元可设立用于根据用于工作室的时间相对压力来控制工作活塞运动，其中在第二阶段中，该工作室内的相对压力基本保持恒定。根据随时间的相对压力设定值的工作活塞运动的控制是指以下调节(也称为压力调整或相对压力调节)，在此，随时间的相对压力设定值是被调变量。根据压力设定值的调节就此是有利的，因为利用压力罐的驱动装置的使用者已经知道了现有技术中的这种控制并且参数可以直观地设定。压力调节的另一个优点是可以在填充阶段中设定比较低的填充压力，由此降低血液受损风险。此外，泵阶段的持续时间可以保持可变，使得泵阶段的开始和/或结束可以取决于工作活塞的置。
作为根据随时间的位置设定值和/或相对压力设定值的控制的补充或替代，该控制单元可以设立用于根据用于工作活塞的随时间的力设定值来控制工作活塞运动，其中在第二阶段中，用于工作活塞的力基本保持恒定。根据随时间的力设定值的工作活塞运动控制尤其是指如下调节(也称为力调节)，在此，随时间的力设定值是被调变量。与在根据相对压力设定值的控制时一样，可以更直观地设定参数。与在根据位置设定值的控制时一样，即便在根据力设定值的控制中，流体流量不会因负荷变化而立即停止，因为工作活塞加速不需要的力被用于在半个泵周期开始时的相对压力增大。此外，可以补偿不同工作泵之间的机械差异，由此使血流变得更可再现且更均匀。
该控制单元还可设立用于组合根据位置设定值的控制、根据相对压力设定值的控制和/或根据力设定值的控制。例如，该控制单元可以设立用于基于时间的相对压力设定值来确定随时间的位置设定值并根据位置设定值控制工作活塞运动。通过这样的基础的位置设定值，可以在无压力反馈下补偿机械差异，以建立最小压力、考虑用于位置设定值和速度设定值的边界条件、设定冲击容积即工作活塞在半个泵周期中所扫过的工作室容积和死容积即在排空阶段结束时的换向点与气缸壁之间的工作室的未被工作活塞扫过的容积、用于泵阶段的目标压力(最大压力)、电流和转速储备、快速压力变化、最低转速和平稳运动。
此外，该控制单元可设立用于在根据随时间的位置设定值的工作活塞运动控制、根据随时间的相对压力设定值的工作活塞运动控制和/或根据随时间的力设定值的工作活塞运动控制之间切换。在这种情况下，该控制单元可设立用于根据位置设定值控制在第一和第三阶段中的工作活塞运动以及根据相对压力设定值和/或根据力设定值控制在第二阶段中的工作活塞运动。这允许在这三个阶段中的每一个阶段中利用各种不同控制概念即位置调节、相对压力调节和力调节。由此，工作泵能高度再现且稳定地运行预定的位置设定值、相对压力设定值和力设定值，并可以维持峰值转速和/或峰值加速度，而这在相对压力低的情况下下难以利用压力调节或力调节来做到。通过第二阶段中的相对压力调节或力调节，工作泵在第二阶段中直接针对用户目的。
根据另一变型，该控制单元可以设立用于基于来自在先泵周期的相对压力的变化过程测量来确定位置设定值。迭代学习的位置调节的优点是，无需在用于活塞运动的不同的调节器之间切换，而是始终使用耐用而稳定的位置调节。但是，测定压力曲线的使用使得位置设定值调整缓慢，从而尽管负荷变化缓慢也可获得用户的压力目标。与压力调节不同，未造成短暂故障。
此外，该控制单元可以设立用于基于随时间的位置设定值来确定随时间的力设定值并且根据力设定值来控制工作活塞运动。例如，可借助位置传感器来测量在预定的活塞行程与已达到的活塞行程之间的差，并且工作活塞的力可被调适以用于下一个泵周期，从而所述差在下一个泵周期中被减小。
此外，该制单元可设立用于根据用于工作室的随时间的相对压力设定值来控制工作活塞运动并控制用于工作活塞的随时间的速度设定值。由此可以通过简单方式确定主轴最大转速并因此可以遵守用于最大转速的可靠设定值。
随时间的位置设定值还可以包含随时间的速度设定值和/或随时间的加速度设定值。该控制单元可以设立用于根据随时间的位置设定值、根据随时间的速度设定值和/或根据随时间的加速度设定值来同时控制工作活塞运动。
尤其有利的是，该工作泵包括用于改变工作室内的空气质量和/或相对压力的平衡阀。于是，该控制单元可以设立用于根据空气质量设定值来控制该平衡阀，其中空气质量设定值尤其可以包括恒定保持空气质量。该控制单元也可设立用于根据平均相对压力的设定值来控制平衡阀，在这里，该设定值尤其包括恒定保持平均相对压力。此外，该控制装置可以设立用于根据相对压力设定值、平均排空压力设定值和/或平均填充压力设定值来控制平衡阀。该控制单元也可以设立用于根据相对压力设定值和/或用于两个换向点之一个或两个的设定值来控制平衡阀。在此，平衡阀控制尤其是指在特定时间的平衡阀启闭。此外，根据相对压力设定值或空气质量设定值的平衡阀控制是指如下调节，在此例如平衡阀的打开时间作为调节参数来调设，从而没有遵循作为被调变量的空气质量设定值或相对压力设定值。
本发明的驱动装置的一个有利的变型设计规定，该控制单元设立用于根据随时间的位置设定值来控制工作活塞运动并且同时根据用于平均相对压力的设定值来控制该平衡阀。
本发明的驱动装置的另一有利变型设计规定，该控制单元设立用于一方面根据随时间的相对压力设定值或根据随时间的力设定值控制工作活塞运动，另一方面同时控制平衡阀，从而死体积是最小的而无需工作活塞顶撞空心缸的壁。通过在排空阶段结束时靠近壁地设定换向位置，可以保持小的死体积。
该控制单元还可以设立用于基于工作活塞用参考运动轨迹来确定随时间的位置设定值，其中该参考运动轨迹考虑第一阶段的预定持续时间、第二阶段的预定持续时间、第一阶段中活塞加速度的预定变化、预定的活塞行程、预定的最大相对压力、预定的泵速、预定的相对排空持续时间、预定的填充度、预定的排空度、要连接的隔膜流体泵的预定特性值、特别是隔膜流体泵的输送量、可连接到隔膜流体泵的入口插管的预定特性值和/或可连接到隔膜流体泵的出口插管的预定特性值。
因此，借助参考运动轨迹，可以设定整个***要遵守的重要边界条件，并且在满足边界条件的情况下可以确定位置设定值。为了获得工作泵最大效率，可以借助位置设定值将气缸死体积设定为最小。通过设定该活塞行程，可以调设在填充阶段结束时的换向点和进而还有冲击体积、即在半个泵周期中由工作活塞走过的体积。由此，工作活塞在设定的换向点内移动。还特别有利的是，预定的最大压力尽量低以便不损害由可连接至驱动装置的隔膜流体泵所泵送的流体。通过说明排空度和填充度以及泵速，可以调节要由隔膜流体泵泵送的期望流体流量，或者使其适应要连接到隔膜流体泵的流体***。此外，可以如此设计分别在这三个阶段之间的过渡阶段，即，允许工作活塞的平稳和/或低负荷运动。通过说明该隔膜流体泵和插管的特性值，可以使运动轨迹适应特定的泵-插管组合。
该控制单元还可以设立用于基于主轴电动机所需的估算扭矩来确定主轴电动机用驱动电流强度以便根据随时间的位置设定值来控制工作活塞运动，其中，该扭矩中包含工作活塞负荷、工作活塞惯性、工作活塞的估算摩擦和/或修正扭矩用于工作活塞的与随时间的位置设定值的位置偏差和/或速度偏差。通过考虑工作活塞的负荷、惯性和摩擦，可以获得更高的定位精度。
特别是，该控制装置可被设立用于基于从参考运动轨迹得到的加速度来确定惯性，基于所测量的相对压力来确定负荷，并且基于所测量的速度和/或所测量的位置来估算摩擦。
此外，该驱动装置可设计用于在驱动装置运行期间可借助位置传感器来测量工作活塞的当前位置和/或当前速度。于是，该控制单元可设立用于确定与随时间的位置设定值的位置偏差和/或速度偏差，基于该位置偏差和/或速度偏差确定修正扭矩，并且以工作活塞的与随时间的位置设定值的位置偏差和/或速度偏差减小的方式调整该驱动电流强度。通过这种方式，该驱动装置可以补偿工作活塞的位置偏差，并且工作活塞按照期望变化过程。通过监测由摩擦引起的估算扭矩，可以在工作期间识别工作活塞上的磨损迹象。然后可以相应修正驱动电流强度。
如果驱动装置具有用户界面，则本发明的驱动装置的可用性得到提高，在运行期间借助该用户界面来调节用户特定参数特别是隔膜泵的填充度和/或排空度、活塞行程、平均相对压力、相对排空持续时间、排空压力、填充压力和/或泵速。于是，该控制单元可以设立用于在工作期间在两个换向点或两个换向点之一处调整工作活塞运动控制的随时间的位置设定值、随时间的相对压力设定值和/或随时间的力设定值和/或空气质量设定值、相对压力设定值和/或空气质量设定值以用于控制平衡阀，以适应用户特定参数的变化。
该控制单元还可设立用于通过活塞行程的改变和根据工作室内平均排气压力的设定值的平衡阀控制或通过借助平衡阀的平均相对压力改变来调设隔膜泵填充度。可以在仍有行程储备情况下通过增减活塞行程并保持平均排气压力恒定或者在不再有行程储备情况下通过增减平均相对压力来增减填充度。该控制单元也可设立用于通过活塞行程的改变和根据工作室内平均填充压力的设定值的平衡阀控制和/或通过借助平衡阀的平均相对压力改变来调设排空度。因此，可以在还有行程储备情况下通过增减活塞行程并保持平均填充压力恒定或者在没有行程储备情况下通过增减平均相对压力来增减排空度。
本发明还包括一种泵***，它包括隔膜流体泵、连接至隔膜流体泵以将流体供应至隔膜流体泵的入口插管、连接至隔膜流体泵以从隔膜流体泵排出流体的出口插管以及上述的隔膜流体泵用驱动装置。
此外，本发明包括心脏辅助***，它具有作为隔膜流体泵的隔膜血泵、连接到隔膜血泵以从心室和/或心房向隔膜血泵供应血液的入口插管以及连接到隔膜血泵以从隔膜血泵排出血液的出口插管和前述隔膜血泵用驱动装置。
根据本发明，也提出一种操作上述的隔膜流体泵用驱动装置的方法，其中如此控制工作活塞运动，该运动包括三个时间依次相继的阶段，其中在第一阶段中该工作活塞被加速到大于在第一阶段结束时的速度的速度，在第二阶段中如此使该工作活塞运动，即该工作活塞的预定速度、工作室内的预定相对压力或工作活塞的预定力保持基本恒定，而在第三阶段中该工作活塞以基本恒定的负加速度运动。
该力尤其可以包括工作活塞的负荷和惯性。
该方法还可以包括如此控制工作活塞运动，即，工作活塞在第一阶段中以线性减小的加速度运动。
根据本发明方法的一个有利变型设计，工作活塞运动根据工作活塞用随时间的位置设定值来控制，其中在第二阶段中该工作活塞速度基本保持恒定。
根据另一有利变型设计，作为替代或除了上述实施变型之外，工作活塞运动根据工作室用随时间的相对压力设定值来控制，其中在第二阶段中该工作室中的相对压力基本保持恒定。
根据另一有利设计，作为上述两个设计的替代或补充地，工作活塞运动根据工作活塞用随时间的力设定值来控制，其中在第二阶段中该工作活塞的力基本保持恒定。
该方法还可以包括组合根据位置设定值的控制、根据相对压力设定值的控制和/或根据力设定值的控制。例如该方法可以包括，如此控制工作活塞运动，即，基于随时间的相对压力设定值来确定随时间的位置设定值，且根据随时间的位置设定值来控制工作活塞运动。
作为另一变型，该方法可以包括，根据随时间的位置设定值在第一阶段和第三阶段中控制工作活塞运动以及根据随时间的相对压力设定值和/或随时间的力设定值在第二阶段中控制工作活塞运动。作为另一变型，该方法可以包括基于来自在先泵周期的相对压力的变化过程测量值来确定位置设定值。
作为另一变型，该方法可以包括基于随时间的位置设定值确定随时间的力设定值，并且根据该力设定值来控制工作活塞运动。例如可以借助位置传感器来测量在预定活塞行程与已达到的活塞行程之间的差，并且工作活塞的力可被调适以用于下一个泵循环，从而该差在下一个泵循环中被减小。
该方法还可以包括，根据随时间的位置设定值来控制工作活塞运动，同时根据平均相对压力的设定值来控制平衡阀。该方法的变型不易出故障并具有可再现的泵行为，因为一方面位置调节和平均相对压力调节可以在时间上分离，由此该变型相对于负荷变化是稳定不变的。相对压力可以在负荷增大时提高。行程增大补偿了对减小负荷的敏感性。另一方面，通过测量平均相对压力，可以更好地控制所供应或所排出的空气质量，由此实现可重复且不易出故障的完全填充和排空。因此，可以通过调节平均相对压力来迅速识别和补偿由泄漏和负荷变化引起的故障。
替代地或附加地，该方法可以包括，一方面根据随时间的相对压力设定值或根据随时间的力设定值来控制工作活塞运动，另一方面，同时如此控制平衡阀，即死体积是最小的，而工作活塞不会顶碰空心缸的壁。在排空阶段结束时的换向点处的空气质量最小化有两个优点。其一，在根据相对压力设定值或力设定值的控制中需要设定换向点，因为否则有工作活塞顶靠中空心缸的壁的风险。其二，当死体积最小时该工作泵的效率更高。根据相对压力设定值的运动控制的优点在于，可以与用于填充和排空分开地调节用于负荷变化的储备。根据力设定值的运动控制的优点在于，可以与用于填充和排空分开地调节用于负荷变化的储备，并且相对压力随着负荷的增大而增大。
该方法还可以包括根据平均排气压力设定值和/或平均填充压力设定值彼此无关地控制平衡阀。
该方法还可以包括，基于工作活塞的参考运动轨迹确定随时间的位置设定值。参考运动轨迹可以考虑第一阶段的预定持续时间、第二阶段的预定持续时间、第一阶段中工作活塞加速度的预定变化、预定活塞行程、预定的最大相对压力、预定泵速、预定的相对排空持续时间、预定填充度、预定排空度、要连接的隔膜流体泵的预定特性值特别是隔膜流体泵的输送量、可连接到隔膜流体泵的入口插管的预定特性值和/或可连接到隔膜流体泵的出口插管的预定特性值。
该方法还可以包括，为了根据位置设定值的工作活塞运动控制，确定用于主轴电动机的驱动电流强度。驱动电流强度的确定可以基于主轴电动机所需的估算扭矩。扭矩中可以包括工作活塞负荷、工作活塞惯性、工作活塞的估计摩擦和/或用于补偿工作活塞与随时间的位置设定值的位置偏差和/或速度偏差的修正扭矩。该摩擦尤其包括静摩擦和滑动摩擦。通过考虑所述摩擦，可以快速识别和补偿由机械磨损引起的故障。
该方法尤其可以包括，基于由参考运动轨迹产生的加速度来确定惯性，基于所测量的相对压力来确定负荷，并且基于所测量的速度和/或所测量的位置来估算摩擦。
该方法还可以包括，在工作期间借助位置传感器测量工作活塞的当前位置和/或当前速度。该方法还可以包括，确定与随时间的位置设定值的位置偏差和/或速度偏差，基于该位置偏差和/或速度偏差来确定修正扭矩，并且通过使工作活塞的与随时间的位置设定值的位置偏差和/或速度偏差减小的方式调整该驱动电流。
该方法还可以包括，在工作期间调节用户特定参数、特别是隔膜泵的填充度和/或排空度、活塞行程、平均相对压力、相对排空持续时间、排空压力、填充压力和/或泵速。该方法还可以包括，在工作期间调整用于工作活塞运动控制的随时间的位置设定值、随时间的相对压力设定值和/或随时间的力设定值和/或用于平衡阀控制的空气质量设定值和/或相对压力设定值以适应用户特定参数的改变。
该方法还可以包括，通过活塞行程的改变和根据工作室内平均排气压力的设定值的平衡阀控制或通过借助平衡阀的平均相对压力改变来调设隔膜流体泵的预定填充度。该方法尤其可以包括如此增减填充度，在仍然存在行程储备情况下增减活塞行程并保持恒定的平均排空压力，或者在不再有行程储备情况下增减平均相对压力。
该方法还可以包括，通过活塞行程的改变和根据用于工作室内平均填充压力的设定值的平衡阀控制和/或借助平衡阀的平均相对压力改变来调设预定排空度。该方法尤其可以包括如此增减排空度，在仍存在行程储备情况下通过增减活塞行程且保持平均填充压力恒定，或者在不再有行程储备情况下增减平均相对压力。
附图说明
下面，结合附图来更详细描述本发明的驱动装置、本发明的心脏辅助***以及操作该驱动装置的方法。在此，在各自具体例自的范围内提出了对本发明重要的或也有利的各不同改进要素，其中，这些要素中的一些要素也可作为用于改进本发明的要素，即便从各自例子的上下文和各自例子的其它特征中删除。此外，在附图中对于相同的或相似的零部件使用相同或相似的附图标记，因此有时省略其说明，其中：
图1是根据本发明的心脏辅助***的示意图，
图2示出加速度-时间曲线图，其包括示意性示出的用于本发明驱动装置的工作活塞的在半个泵周期中的加速度曲线，
图3示出根据本发明的用于确定位置设定值、位置调节和平均相对压力调节的示意图，
图4示出一组状态变量的泵周期的变化曲线图，其示出具体的工作活塞运动例子。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于人类心脏30的心脏辅助***的示意图。根据本发明的心脏辅助***具有体外式隔膜血泵2以及本发明的驱动装置1。驱动装置1和隔膜血泵2通过压力管线4彼此连接。隔膜血泵2具有入口2a和出口2b。在入口2a处，隔膜血泵2经由入口插管21连接至心脏30的左心室31。在出口2b处，隔膜血泵2经由出口插管连接至血管(主动脉)32。此外，隔膜血泵2包括血液室2d和空气室2e，它们通过隔膜2c彼此分开。血液室2d在此与入口插管21和出口插管22以及左心室31和主动脉32处于传质连通和压力交换连通中，即，血从左心室31进入血液室2d并从那里进入主动脉32。空气室2e与压力管线4和驱动装置1处于传质连通和压力交换连通中，即，来自驱动装置1和压力管线4的空气也流入空气室2e。相对压力可通过隔膜血泵2的隔膜2c从空气室2e传递到血液室2d，因而从驱动装置1传递到血液室2d。在此，相对压力是指压力管线4中的相对于环境压力的空气压力。
驱动装置1具有气压缸5，它具有空心柱形的壳体5和工作活塞6，该工作活塞能在其中在两个换向点9和10之间往复摆动。换向点9和10并不是固定点，而是可以有针对性地被调节。气压缸在其端面之一处与压力管线4相连。朝着压力管线4，工作活塞6与壳体5围出一个工作室7。工作室7与压力管线4处于传质连通和压力交换连通中。在工作室7的区域中，气压缸3还具有一个平衡阀13用于相对于环境平衡工作室7内的空气质量和/或相对压力。工作活塞6可以通过电主轴马达12的主轴11移动。此外，驱动装置1具有用于控制工作活塞6运动且用于控制平衡阀13的控制单元8以及用于调节用户特定参数的用户界面14。
为了操作驱动装置，控制单元8设定用于主轴电动机12的电流。下面结合图3来解释如何具体确定电流。主轴电动机12驱动主轴11。电动机12的旋转运动在此通过主轴11被传递至工作活塞6的平移运动，由此工作活塞6在壳体5内在换向点10和9之间来回运动。如果工作活塞6运动到位于压力管线4上的换向点9，则在工作室7内和压力管线内的空气被压缩。存在于工作室7、压力管线4以及空气室2e内的相对压力也被传递至隔膜2c。从规定的相对压力起，隔膜2c开始朝插管21和22预先***，其又形成作用于在血液室2d内的血液的压力。阀2a′和2b′布置在入口2a和出口2b处。在排空阶段，入口2a处的阀2a'关闭，出口2b处的阀2b'打开，从而血液室2d内的血液通过膜2c的预先***经出口2b被压送到出口插管22并从那里进入血管32。最佳的是，隔膜2c在到达换向点9时已朝向插管21、22完全展开，但是没有过度伸展。在这种情况下，血液室被完全排空而不会损伤隔膜2c。
在到达换向点9后，工作活塞6沿相反方向运动向换向点10。由此，工作室7内的相对压力迅速减小。从一定负压起，隔膜血泵2的隔膜2c开始朝向压力管线并远离插管21、22鼓起。由此，对血液室2d施加抽吸压力。在填充阶段中，在入口2a处的阀2a′打开，在出口2b处的阀2b′关闭。通过抽吸压力，现在血液从心室31经入口插管21被抽吸到血液室2d。最佳的是，膜在到达换向点10时已完全朝向压力管线4展开，但不会过度拉伸。在这种情况下，血液室2d被完全充满而不损伤隔膜2c。
隔膜血泵2的输送量可通过用户界面14来调节。此外，如果隔膜2c性能在工作期间改变或隔膜2c不再表现出上述最佳行为或者在填充和排空阶段中存在与最佳行为的不同偏差，则可以彼此独立地调整隔膜血泵2的填充度和排空度。借助于用户界面14的隔膜血泵的调设在此依据隔膜运动的可视检查来进行。在此，尤其可以通过保持尽可能低的强度来避免高的相对压力。
工作活塞运动由控制单元如此控制，即，得到比现有技术更高的泵功率。因此在驱动装置工作期间工作活塞6的位置、工作室7中的相对压力和工作活塞6的力被连续监测，并且通过有目的的控制来校正与设定值的偏差。
一个实施例规定，工作活塞6的运动根据位置设定值来控制，并且同时工作室7内的平均压力保持恒定。当在根据图2的半个泵周期中遵守时间加速度曲线时产生最佳的位置设定值。将结合图3来说明如何确定具***置设定值和由此得到的用于主轴电动机12的电流。如图所示的加速度曲线借助隔膜血泵2的均匀泵送和工作活塞6的温和运动造成高的泵送功率和平稳运行以及血液受损风险的降低。加速度曲线基本具有持续时间tA、tB和tC的三个阶段A、B和C，其中工作活塞6在第一阶段A中以线性减小的加速度运动，在第二阶段B中未被加速、即以恒定速度运动，而在第三阶段C中以恒定的负加速度减速。分别在三个阶段A、B、C中的两个阶段之间有一个具有持续时间tI的过渡阶段，过渡阶段分别将加速度曲线的三个阶段A、B、C中的两个阶段连续不断地相连，以允许工作活塞在阶段A、B、C之间平稳和/或低负荷运动。
在工作期间，现在借助位置传感器每1-10ms、尤其是每2ms测量工作活塞6的当前位置和转速，并且检查是否遵守位置设定值。为此，工作泵3具有一个用于电机-霍尔传感器增量的计数器(在此未示出)和在工作活塞6上的至少一个附加的霍尔传感器和/或机械止挡(在此均未示出)，其在一个固定参考位置上响应。可以在投入运行时通过第二霍尔传感器或机械止挡来重置计数器。控制单元8直接根据两个增量之间的测定时间来确定工作活塞6的速度。控制单元8确定与位置设定值的偏差，并基于该偏差以减小该偏差的方式调节被供给主轴电动机12的电流。此外，每2毫秒测量该相对压力，并确定在在先泵周期的当前平均相对压力。控制单元8确定与预定平均相对压力的偏差并以减小与预定平均相对压力的偏差的方式控制平衡阀13。这如此做到，在排空阶段和填充阶段中都将平衡阀13打开一定时间。平衡阀13的打开持续时间是如此确定的，区分开用于平均压力偏差的三个区域并为它们分配期望的平均压力变化。在各自区域中的平均偏差越大，则平均压力变化越大。根据测得的相对压力值(和估算体积)来计算所需的打开持续时间。
如果平均相对压力太高，则在随后排空阶段中打开平衡阀13以排出空气。如果平均相对压力太低，则在随后填充阶段中打开平衡阀13以充入空气。
另一个实施例规定，工作活塞6的运动要根据相对压力设定值来控制，并且借助平衡阀13将气压缸的死体积最小化并保持恒定。在第二阶段，工作活塞在此以相对压力保持恒定的方式移动。在工作期间，工作室7内的当前相对压力每1-10ms、尤其是每2ms被测量一次。控制单元8确定当前相对压力与设定值的偏差并调整主轴电动机12的电流强度，使得在工作活塞6的进一步运动过程中减小与相对压力设定值的偏差。此外，始终通过位置传感器来监测工作活塞6的位置，在此，控制单元8检查是否达到工作活塞6的期望最终位置。如果不是这种情况，则在填充阶段或在排空阶段中根据是超过或不到在填充阶段或排空阶段中的期望最终位置，平衡阀13被一次打开一定时间，以便向工作室7供应空气或排出空气。根据与预定最终位置的偏差的大小，平衡阀13被打开更长或更短的时间。
另一实施例规定，上述相对压力调节次于转速调节或位置调节，因为在该例子中，单纯压力调节相对于负荷变化或泄漏很容易出现故障。在这种情况下，电流调整是基于与相对压力设定值的压力偏差在转速设定值或位置设定值的范围内进行的。即，压力变化设定值首先进入转速设定值或位置设定值。因此，基于压力变化设定值，该控制单元首先确定转速变化设定值或位置变化设定值，基于此来计算电流调整值。尤其通过下级的转速调节，可以通过简单方式遵循在工作期间不应被超过的转速最大极限值。
另一实施例规定，该控制单元根据用于工作活塞6的力设定值来控制工作活塞6运动，其中在第二阶段中工作活塞6的惯性力与工作活塞6负荷之和保持恒定。通过工作活塞6与主轴电动机12之间的运动学关系，用于工作活塞6的力设定值被换算为用于主轴电动机12的扭矩设定值。在工作期间连续监测克服工作活塞6的惯性和工作活塞的负荷的主轴电动机12扭矩。为此，每隔1-10ms、特别是每隔2ms用位置传感器测量当前位置和当前速度，以及通过压力传感器测量当前相对压力。控制单元8从这些值确定当前转矩并确定当前转矩与设定值之偏差。控制单元8调整该电流以减小所述偏差。同时就像在压力调节时那样，控制单元借助平衡阀13在排空阶段中的最终位置上保持尽量小的空气质量，做法是在有压力偏差的情况下在每个泵周期中以相应时间打开平衡阀13一次。即便在力调节情况下，也必须单独设定工作活塞6的最终位置，因为否则工作活塞6将顶碰壳体壁。到达每个最终位置都通过位置传感器来监测。它在工作期间测量是否到达各自最终位置。如果不应到达两个最终位置，则可通过调节电流强度来相应调节该力。另一方面，如果工作活塞6与壳体壁之间的距离太小，则必须立即改变工作活塞6的运动方向。
可以通过用户接口14，可以调节由隔膜血泵输送的血液量(输送量)。此外，填充度和排空度可彼此分开调节。以下应该以位置调节为例来对此说明。例如如果要增减填充度，则在填充阶段要增大或减小活塞行程，只要还有行程储备可用，并借助平衡阀13从平均相对压力的调节切换为平均排气压力的调节。如果没有进行活塞行程的进一步改变，则在最后一次填充度和/或排空度改变后在预定泵送循环次数之后，返回到平均相对压力调节。预定的泵周期数量优选在20至100之间、特别是50。但如果不再有活塞行程可用，则平均相对压力被减小或增大。排空度以相似方式被改变。如果要增大或减小排空度，则在排空阶段中要增大或减小活塞行程，只要仍然有行程储备可用，并且借助平衡阀13从平均相对压力的调节切换为平均填充压力的调节。如果没有采取活塞行程的进一步改变，则在预定数量的泵周期之后返回到平均相对压力的调节。预定的泵周期数量优选在20至100之间，尤其是50。但如果不再有活塞行程可用，则平均相对压力被增加或减少。
在相对压力调节情况下，基于所需流体流量来调节泵速。填充和排放行为通过填充和排放压力被调节。为了减小填充压力值，用户可以延长排空持续时间。
图3示出根据本发明用于确定位置设定值、位置调节和平均相对压力调节的方案。首先，在参考发生器40中确定参考运动轨迹并设定平均相对压力。参考运动轨迹的起点是速度和加速度的定性时间变化曲线，其特征在于第一到第三阶段的设定值。例如在图2中示出了加速度的定性时间变化曲线。于是，通过运动轨迹参数：压缩持续时间tC、泵持续时间tP、压缩斜率m和活塞行程dx的具体选择使定性加速度曲线适配于具体的隔膜流体泵/插管组合P。然后，通过某些用户设定的选择来缩放该参考运动轨迹。用户设定可以是泵速r、相对排空持续时间s(关于半个泵周期排空阶段持续时间)以及填充度和排空度的更改设定值。根据所需的血流量来调节泵速r。在本例子中，相对排空持续时间优选被设定为约50％。填充和排空的调设尤其用于限制填充压力或排空压力。在控制单元中将用户设定换算为运动轨迹参数，并且相应调整运动轨迹参数，由此得到合适的参考运动轨迹。参考运动轨迹提供了用于理论加速度as、理论速度vs和理论位置xs的设定值。
参考运动轨迹的设定值被传输给位置控制器41。在预控中，理论加速度和理论速度被用来确定主轴电动机12的扭矩MFF以克服负荷L、惯性J和工作活塞的摩擦μ0和μ*vs。在此，借助用于总摩擦力矩b(μ0+μ*vs)的模型估算摩擦力μ0和μ*vs。在该模型中，总摩擦力矩由静摩擦力矩μ0和滑动摩擦力矩μ*vs之和组成，在这里，所述和以系数b来缩放。通过单独的系数b，可以针对位置设定值调整总摩擦力矩。摩擦力矩的变化例如源自气压缸老化和暂时影响例如温度波动。
此外，理论速度和理论位置也被传输到反馈中。在驱动***(气压缸)42内，实际位置x和实际速度v被测量。然后，它们也将被传输至反馈。在反馈中，确定理论位置与实际位置之差xs-x和理论速度与实际速度之差vs-v。基于位置差和速度差来确定修正扭矩MFB。
然后，扭矩MFF和MFB被相加并通过带有反向电流控制器的电子装置模型被换算为电流i。电流i被馈送给驱动***。
来自参考发生器的目标压力设定值pT可以例如是应保持恒定的平均相对压力设定值。目标压力设定值被转送至空气质量调节器43。在驱动***(气压缸)内测量实际压力。实际压力被转送至空气质量控制器43并计算压差。基于压差将目标压力变化设定值dp转送至用于平衡阀13的阀模型。阀模型将目标压力变化设定值换算为阀打开时间o并将其输出给驱动***中的平衡阀13。
驱动***42中的位置控制驱动机构在任何时刻调节工作活塞位置x。当前测量的相对压力p是所连接的***对位置x的反应。相对压力受到空气质量、体积和负荷的影响。
阀模型和摩擦系数模型可以在调节过程中通过模型适配44被自动调整。通过将目标压力变化设定值dp与随后测量的压力p进行比较，可以调整阀常数kV，从而在调节过程中更好地遵守目标压力变化设定值。当理论位置与实际位置之差超过某个值并在一定时间内时钟存在以及当电流i在某个范围内移动时，进行摩擦系数调整。可通过定标系数b的改变来调整总摩擦力矩。
图4对于泵周期示出状态变量的变化过程曲线图，其描述工作活塞6的状态随时间的定性变化过程。变化过程曲线图分别显示填充阶段和排空阶段，它们通过虚线50在外观上彼此分开。曲线51示出随时间的位置变化曲线。部分51a示出排空阶段，而部分51b示出填充阶段。根据曲线50，工作活塞6从先前的在x＝xmin处的排空阶段末端位置移动到在x＝xmax处的填充阶段51b的末端位置，并且从那里返回到在x＝xmin毫米处的排空阶段51a的末端位置。
曲线52示出转速曲线或速度曲线，在此，部分52a示出排空阶段，部分52b示出填充阶段。主轴电动机12的转速可以通过主轴电动机12与工作活塞6之间的运动学关系换算为工作活塞6的速度。在填充阶段52b的第一部分(对应于第一阶段A)中，工作活塞6的转速或速度首先从工作活塞6静止开始增大到大于工作活塞6在第一阶段A结束时的速度的速度。在与第二阶段B相对应的填充阶段52b的中间部分，速度基本保持恒定。在填充阶段52b的与第三阶段C相对应的最后部分中，速度呈线性显著减小。排空阶段52a示出速度符号相反的类似变化过程。
曲线53示出加速度曲线，在这里，部分53a示出排空阶段，部分53b示出填充阶段。在填充阶段53b中可以看到图2的定性变化过程。填充阶段53b以基本线性减小的加速度的第一阶段A开始，然后具有无加速度(a＝0)的第二阶段B，并且以具有恒定的负加速度的第三阶段C结束。排空阶段52a示出加速度符号相反的类似变化过程。
所示的速度和加速度曲线允许高的泵功率和由隔膜血泵2的均匀泵送和工作活塞6的无冲击运动造成的温和操作以及降低血液损害风险。
曲线54示出相对压力曲线，在此部分54a示出排空阶段，部分54b示出填充阶段。在排空阶段54a开始时，相对压力相对快速地增大，然后比如从排空阶段54a的大约三分之一起直到排空阶段54a结束一直保持恒定高压。在填充阶段54b中可以看到相反的行为。依据相对压力曲线而看清，由于根据曲线51、52和53的特殊位置设定值，在半个泵周期的主要部分中，相对压力基本是恒定的。恒定变化的压力的优点是有足够的控制储备来补偿干扰。
曲线55示出电流曲线，在此部分55a示出排空阶段，部分55b示出填充阶段。由于根据曲线51、52和53的特殊位置设定值，电流在半个泵周期的主要部分中也保持相对恒定。恒定变化电流也允许充分的控制储备来补偿干扰。

Claims (29)

1.一种用于隔膜流体泵的驱动装置，所述驱动装置包括：
工作泵，其中，所述工作泵为了驱动所述隔膜流体泵而通过压力管线连接至所述隔膜流体泵，并且其中，所述工作泵具有空心缸和工作活塞，所述工作活塞能在所述空心缸中在两个换向点之间轴向来回摆动运动以减小或增大所述工作泵中的与所述压力管线处于压力交换连通的工作室；和
控制单元，所述控制单元用于控制所述工作活塞在所述换向点之间运动，
其特征在于，所述工作活塞的受控运动包括三个在时间上连续的阶段，其中，在第一阶段中，所述工作活塞被加速到一个速度，该速度大于所述第一阶段结束时的速度，所述工作活塞在第二阶段中运动，使得所述工作活塞的预定速度、所述工作室中的预定相对压力或所述工作活塞的预定力保持基本恒定，并且，
在第三阶段中，所述工作活塞以负加速度运动。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元被设立用于根据用于所述工作活塞的随时间的位置设定值来控制所述工作活塞的运动，其中，所述工作活塞的速度在所述第二阶段中保持基本恒定，和/或所述控制单元被设立用于根据用于所述工作室的随时间的相对压力设定值来控制所述工作活塞的运动，其中，在所述第二阶段中，所述工作室内的相对压力基本保持恒定，和/或所述控制单元被设立用于根据用于所述工作活塞的随时间的力设定值来控制所述工作活塞的运动，其中，在所述第二阶段中，所述工作活塞的力基本保持恒定。
3.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述工作活塞的力包含所述工作活塞的负荷和惯性。
4.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元被设立用于基于随时间的相对压力设定值来确定随时间的所述位置设定值并根据所述位置设定值来控制所述工作活塞运动。
5.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，随时间的所述位置设定值还包括随时间的速度设定值和/或随时间的加速度设定值。
6.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述工作泵包括用于改变所述工作室内的空气质量和/或相对压力的平衡阀，并且所述控制单元被设立用于根据所述空气质量的设定值和/或所述相对压力的设定值来控制所述平衡阀。
7.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元被设立用于基于所述工作活塞的参考运动轨迹来确定随时间的所述位置设定值，其中，所述参考运动轨迹考虑所述第一阶段的预定持续时间、所述第二阶段的预定持续时间、在所述第一阶段中所述活塞的加速度的预定变化、预定活塞行程、预定最大相对压力、预定泵速、预定相对排空持续时间、预定填充度、预定排空度、预定的待连接的隔膜流体泵的特性值、能够连接至所述隔膜流体泵的入口插管的预定特性值和/或连接至所述隔膜流体泵的出口插管的预定特性值。
8.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，用于驱动所述工作活塞的驱动装置具有主轴电动机，并且所述控制单元被设立用于为了根据随时间的位置设定值来控制所述工作活塞的运动而基于所述主轴电动机所需的估算扭矩来确定所述主轴电动机的驱动电流强度，其中，所述扭矩包含所述工作活塞的负荷、所述工作活塞的惯性、所述工作活塞的估计摩擦和/或用于补偿所述工作活塞的相对于随时间的所述位置设定值的位置偏差和/或速度偏差的修正扭矩。
9.根据权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，在工作过程中借助位置传感器来测量所述工作活塞的当前位置和/或当前速度，并且所述控制单元被设立用于确定相对于随时间的所述位置设定值的位置偏差和/或速度偏差，基于所述位置偏差和/或所述速度偏差来确定所述修正扭矩，并且以减小所述工作活塞的所述位置偏差和/或所述速度偏差的方式调整所述驱动电流强度。
10.根据权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，设有用户界面，借助所述用户界面能在工作期间调节用户特定参数。
11.根据权利要求10所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元被设立用于在所述工作期间调整用于所述工作活塞的运动控制的随时间的所述位置设定值、随时间的所述相对压力设定值和/或随时间的所述力设定值和/或所述空气质量的设定值、所述相对压力设定值和/或用于所述平衡阀的控制的两个换向点之一或两个的设定值以适应所述用户特定参数的变化。
12.根据权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元被设立用于通过活塞行程的改变和根据所述工作室内平均排空压力的设定值对所述平衡阀的控制或借助所述平衡阀的平均相对压力的改变来调节所述隔膜流体泵的填充度，和/或通过所述活塞行程的改变和根据所述工作室内平均填充压力的设定值对所述平衡阀的控制和/或借助所述平衡阀的所述平均相对压力的改变来调节排空度。
13.根据权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，如此控制所述平衡阀，即，保持所述空气质量恒定，和/或根据平均相对压力设定值、平均排空压力的设定值、平均填充压力的设定值来控制所述平衡阀，和/或根据相对压力设定值和/或用于两个换向点之一或两个换向点的设定值来控制所述平衡阀。
14.根据权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，其中，所述参考运动轨迹考虑所述隔膜流体泵的输送量。
15.根据权利要求10所述的驱动装置，其特征在于，借助所述用户界面能在工作期间调节所述隔膜流体泵的填充度和/或排空度、活塞行程、平均相对压力、相对排空持续时间、排空压力、填充压力和/或泵速。
16.一种泵***，所述泵***包括：
隔膜流体泵，
连接到所述隔膜流体泵的入口插管和连接到所述隔膜流体泵的出口插管，所述入口插管用于向所述隔膜流体泵供应流体，所述出口插管用于从所述隔膜流体泵排出流体，
其特征在于，设有根据前述权利要求中任一项所述的用于隔膜流体泵的驱动装置。
17.一种心脏辅助***，所述心脏辅助***包括：
隔膜血泵，
连接到所述隔膜血泵的入口插管和连接到所述隔膜血泵的出口插管，所述入口插管用于从心室和/或心房向所述隔膜血泵供应血液，所述出口插管用于将血液从所述隔膜血泵排送入血管，
其特征在于，设有根据权利要求1至15中任一项所述的用于所述隔膜血泵的驱动装置。
18.一种操作根据权利要求1至15中任一项所述的用于隔膜流体泵的驱动装置的方法，其特征在于，所述工作活塞的运动被控制成，使得所述运动包括三个时间接续的阶段，其中，所述工作活塞在第一阶段中被加速到一个速度，该速度大于所述第一阶段结束时的速度，所述工作活塞在第二阶段中运动，使得所述工作活塞的预定速度、所述工作室中的预定相对压力或工作活塞的预定力保持基本恒定，并且在所述第三阶段中，所述工作活塞以负加速度运动。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，根据用于所述工作活塞的随时间的位置设定值来控制所述工作活塞的运动，其中，在所述第二阶段中，所述工作活塞的速度保持基本恒定，和/或根据用于所述工作室的随时间的相对压力设定值来控制工作活塞运动，其中，在所述第二阶段中所述工作室内的相对压力保持基本恒定，和/或根据用于所述工作活塞的随时间的力设定值来控制所述工作活塞的运动，其中，所述工作活塞的力基本保持恒定。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，随时间的所述位置设定值基于随时间的所述相对压力设定值被确定，并且根据随时间的所述位置设定值来控制所述工作活塞的运动。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述第一阶段和所述第三阶段中，所述工作活塞的运动根据随时间的所述位置设定值被控制，在所述第二阶段中，根据随时间的所述相对压力设定值和/或随时间的所述力设定值来控制所述工作活塞的运动。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述工作泵包括用于改变所述工作室内的空气质量和/或相对压力的平衡阀，其中，根据随时间的所述位置设定值来控制所述工作活塞的运动并且根据用于平均相对压力的设定值来控制所述平衡阀，或者其中，根据随时间的相对压力设定值或根据随时间的力设定值控制所述工作活塞的运动并且如此控制所述平衡阀，即，在排空阶段结束时使所述空气质量最小。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，随时间的所述位置设定值是基于所述工作活塞的参考运动轨迹来确定的，所述参考运动轨迹考虑了所述第一阶段的预定持续时间、所述第二阶段的预定持续时间、所述第一阶段中所述工作活塞的加速度的预定变化、预定工作活塞行程、预定最大相对压力、预定泵速、预定相对排空持续时间、预定填充度、预定排空度、待连接的所述隔膜流体泵的预定特性值、能够连接至所述隔膜流体泵的入口插管的预定特性值和/或能够连接到所述隔膜流体泵的出口插管的预定特性值。
24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，用于驱动所述工作活塞的所述驱动装置具有主轴电动机，并且用于所述驱动装置的电流强度基于所述主轴电动机所需要的估算扭矩被确定，以便根据随时间的所述位置设定值来控制所述工作活塞的运动，其中，所述扭矩包含所述工作活塞的负荷、所述工作活塞的惯性、所述工作活塞的估算摩擦和/或用于补偿所述工作活塞的相对于随时间的所述位置设定值的位置偏差和/或速度偏差的修正扭矩。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在工作期间借助位置传感器测量所述工作活塞的当前位置和/或当前速度，并且确定相对于随时间的所述位置设定值的所述位置偏差和/或速度偏差，基于所述位置偏差和/或所述速度偏差来确定所述修正扭矩并调整驱动电流强度，使得所述工作活塞的相对于随时间的所述位置设定值的位置偏差和/或速度偏差被减小。
26.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在所述工作期间调节用户特定参数，并且随时间的所述位置设定值、随时间的所述相对压力设定值和/或用于所述工作活塞的运动控制的随时间的所述力设定值和/或所述空气质量的设定值、所述相对压力的设定值和/或所述空气质量的设定值在两个换向点之一或两个处为了在工作中的平衡阀控制而被调整适应于用户特定参数的变化。
27.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，通过活塞行程的改变和根据所述工作室内的平均排空压力的设定值对所述平衡阀的控制，或者通过借助所述平衡阀的平均相对压力的改变，调节所述隔膜流体泵的预定填充度；和/或通过所述活塞行程的改变和根据所述工作室内的平均填充压力的设定值对所述平衡阀的控制和/或借助所述平衡阀的平均相对压力改变来调节预定排空度。
28.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述参考运动轨迹考虑了所述隔膜流体泵的输送量。
29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，在所述工作期间调节所述隔膜流体泵的填充度和/或排空度、活塞行程、平均相对压力、相对排空持续时间、排空压力、填充压力和/或泵速，并且随时间的所述位置设定值、随时间的所述相对压力设定值和/或用于所述工作活塞的运动控制的随时间的所述力设定值和/或所述空气质量的设定值、所述相对压力的设定值和/或所述空气质量的设定值在两个换向点之一或两个处为了在工作中的平衡阀控制而被调整适应于用户特定参数的变化。
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