DE3026117C2 - Peristaltische Pumpe - Google Patents
Peristaltische PumpeInfo
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/08—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members
- F04B43/10—Pumps having fluid drive
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Description
Die Erfindung betrifft eine peristaltische Pumpe mit
ίο einem Pumpengehäuse, in das ein Schlauch mit seinen
Enden dicht eingesetzt ist, wobei zwischen Schlauch und Pumpengehäuse ein Hohlraum verbleibt, in den ein
Druckmedium eingeführt und wieder abgeführt werden kann, und der Rückfluß des Fördermediums durch ein
Absperrventil vermieden wird, und wobei die Wandstärke des Schlauches über die Schlauchlänge konstant
ist und die Einschnürung des Schlauches bei Einwirkung des Druckmediums in der Nähe der Eingangsöffnung
des Schlauches beginnt
Eine derartige peristaltische Pumpe ist aus der US-PS 34 06 633 (Figur 3) bekannt. Die Einschnürung des
Schlauches in der Nähe seiner Eingangsöffnung wird bei dieser bekannten Ausführungsform durch eine stetige
Änderung des Elastizitätsmoduls des Schlauches erreicht. Dies ist fertigungstechnisch recht aufwendig. Andere
Ausführungsarten (US-PS 34 06 633, Figur 2; CH-PS 5 39 203) sehen vor, die kontrollierte Einschnürung
des Punvenschlauches durch eine sich über seine Länge ändernde Wandstärke zu erreichen. Auch hierfür sind
besondere Verarbeitungsschritte erforderlich.
Allen diesen bekannten Ausführungsbeispielen peristaltischer Pumpen ist gemeinsam, daß ihre Pumpleistung
nur optimal sein kann, wenn an ihrer Druckseite ein Absperrventil vorgesehen ist, das den Rückfluß des
bereits gepumpten Mediums verhindert. Dieses Absperrventil besteht bei der aus der US-PS 34 06 633 bekannten
Ausführung aus einem Ventilkörper, der innerhalb des Schlauches einen Ventilsitz beaufschlagt. Diese
Lösung hat mehrere Nachteile:
Einerseits ist sie konstruktiv aufwendig, andererseits kann die Arbeit eines derartigen Absperrventils insbesondere
bei Anwendungen der Pumpe in der Medizintechnik, beispielsweise beim Pumpen von Blut oder
Blutplasma, zu Beschädigungen der Blutpartikel führen, eine derartige Konzeption eines Absperrventils ist also
immer dann unzweckmäßig, wenn es sich um ein empfindliches Pumpmedium handelt, das möglichst von mechanischen
äußeren Einwirkungen freigehalten werden soll.
so Aufgabe der Erfindung ist es daher, die galtungsgemäße
peristaltische Pumpe dahingehend zu verbessern, daß ihre Funktion mit einfacheren Mitteln möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Elastizitätsmodul des Schlauches konstant ist,
daß der Schlauch eine zumindest in longitudinaler Richtung begrenzte Schwachstelle an der Saugseite aufweist,
und daß der Schlauch von einem zweiten Hohlraum an der Druckseite umgeben ist, der vom ersten
Hohlraum abgetrennt ist, und der mit einem Druckmedium alternierend zum ersten Hohlraum beschickt werden
kann.
Die peristaltische Pumpe arbeitet im Bereich des ersten Hohlraums in bekannter Weise, im Bereich des
zweiten Hohlraums dient ein ähnlicher Mechanismus als Absperrventil. Durch taktweise alternierendes Beaufschlagen
dieser beiden Hohlräume mit Druckmedium läßt sich eine einfache Pumpbewegung realiseren, die
zudem sehr schonend für das Pumpmedium ist, da inner-
halb des Pumpstroms keine mechanischen Teile verwendet werden.
Diese Konzeption gestattet insbesondere auch die vorteilhafte Weiterbildung und Anwendung der peristaltischen
Pumpe in der Medizintechnik: Durch eine klappbare Ausführung des Pumpengehäuses mit zwei
sehalenförmigen Hälften, die innen mit je einer Membran bespannt sind, kann die Pumpe um einen vorhandenen,
separaten Schlauch, beispielsweise einen Infusionsschlauch, einfach »herumgeklappt« werden, ohne
daß sie in den Flüssigkeitsstrom eingefügt werden muß.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nun anhand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert Es ::eigen
Fig. 1 a—d schematische Teillängsschnitte des ersten
Ausführungsbeispieles der eriindungsgemäßen peristaltischen
Pumpe in verschiedenen Funktionszuständen,
F i g. 2a—f schematische Längsschnitte der Saugseite
der Pumpe gemäß F i g. 1 mit mehreren Schlauchpositionen,
F i g. 3 einen schematischen Querschnitt des zweiten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Pumpe.
F i g. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel einer peristaltischen
Pumpe nach der Erfindung. Die mit 1 bezeichnete Pumpe besitzt ein röhrenförmiges Gehäuse 2,
in dem ein erster Schlauch 3 angeordnet ist, wobei ein erster Hohlraum 4 offenbleibt. Das Pumpengehäuse
kann aus Metall hergestellt sein, genausogut aber beispielsweise auch aus synthetischem Material. Das Material
des Pumpengehäuses ist derart gewählt, daß es wenig oder überhaupt nicht unter den während des Betriebs
auftretenden Drücken deformiert wird. Der erste Schlauch 3 kann aus verschiedenen, für diesen Zweck
üblichen Materialien hergestellt sein. Die Materialwahl für den Schlauch hängt vom beabsichtigten Einsatzzweck
der Pumpe ab. Beispielsweise zum Pumpen von Blut ist ein Schlauch aus Polyuretan sehr geeignet. Die
Schlauchenden sind fest mit den Anschlußenden des Pumpengehäuses verbunden, was beispielsweise durch
Verkleben der Schlauchenden mit Kragenenden 8 und 9 des Pumpengehäuses erreicht werden kann, was aber
genausogut durch Verklammern der Schlauchenden erreicht werden kann, wenn die Schlauchenden nach außen
um das Gehäuse herumgeschlagen sind.
In relativ kurzem Abstand von dem rechten (in der Fig. 1) Schlauchende weist der erste Schlauch 3 eine
Schwachstelle 5 auf. Diese Schwachstelle 5 ist durch eine Verdünnung des Wandungsteils des Schlauches 3
gebildet, und erstreckt sich mit sehr begrenzter Ausdehnung sowohl longitudinal als auch umfangsseitig um diesen
Schlauch 3 herum. Die Schwachstelle kann auch nur aus zwei radial gegenüberliegenden geschwächten
Wandungsteilen bestehen oder auch aus einer Mehrzahl von derartigen geschwächten Wandungsteilen, die sich
mit gleichmäßigen Absländen auf einer Umfangslinie befinden. Die Schwachstelle kann ebenso aus einer
Ringnut-ähnlichen Verdünnung der Schlauchwandung bestehen. Die genaue Form der Schwachstelle 5 ist nicht
sehr wichtig, solange während des Druckanstieges im Hohlraum 4 der Schlauch 3 sich eben an dieser
Schwachstelle 5 zusammenzuziehen beginnt.
Eine Verdünnung kann man einfach dadurch erzeugen, daß man mit geeigneten Werkzeugen an der Stelle
der gewünschten Schwachsteile einen Teil der Gehäusewandung entfernt.
Die Schwachstelle kann auch in chemischer Form, beispielsweise durch eine Modifikation der chemischen
Zusammensetzung der Schlauch wandung während der Herstellung des Schlauches 3 oder später in geeigneter
Weise erzeugt werden.
Wenn ein Medium, wie zum Beispiel ein Gas oder eine Flüssigkeit in den Hohlraum 4, der den Schlauch
umgibt, über eine öffnung 20, die schematisch in F i g. 1
dargestellt ist, gedrückt wird, wird infolge des auf die Schlauchwandung ausgeübten Druckes, der Schlauch
ίο sich zunächst an der Schwachstelle 5 beginnen zu verengen,
bis er an der Schwachstelle ganz zusammengedrückt ist, worauf diese Verengungsbewegung sich in
die Richtung des anderen Schlauchendes fortsetzt und dadurch das zu pumpende Medium im Schlauch in der
Richtung dieser Fortpflanzungsbewegung drückt, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist.
F i g. 2 zeigt eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Zuständen, die während der Arbeitsweise der peristaltischen
Pumpe an deren Saugseite auftreten.
F i g. 2 zeigt nicht die Versorgungsöffnung 20, diese ist
jedoch sebstverständlich vorhanden. Außerdem sind in F i g. 2 zwei Zapfen 6 dargestellt, die gegenüber der
Schwachstelle 5 angeordnet sind, die in F i g. 2 aus zwei diametral gegenüberliegenden geschwächten Wandungsteilen
besteht, wobei die Zapfen sich an der Innenwand des Pumpeilgehäuses befinden. Die Zapfen 6 erstrecken
sich soweit nach innen, daß der Schlauch 3 an der Berührungsstelle leicht eingedrückt wird, wodurch
erreicht wird, daß der zusammengedrückte Schlauch immer in einer mittleren, zu den Zapfen senkrechten
Ebene zwischen den Zapfen zu liegen kommt, wie dies in den Fig.2d—2f dargestellt ist. Dies ist aus weiter
unten erläuterten Gründen von Bedeutung. Außerdem erleichtern diese Zapfen den Beginn der Verengungsbewegung.
Die Form der Schwachstelle und deren genaue Lokalisierung bezüglich der Zapfen sollte derart gewählt
werden, daß gegenüber den von den Zapfen hervorgerufenen Eindrücken in der Schlauchwandung
nicht derartige Spannungen in der Schlauchwandung hervorgerufen werden, daß die Verengungsbewegung
irgendwo anders trotz der Schwachstellen beginnt.
Wenn die zusammengedrückte Position des Schlauches 3 erreicht ist, ungefähr so, wie dies in F i g. 2f dargestellt
ist, wird das Druckmedium aus dem Hohlraum 4 entfernt, wodurch der Druck auf die Schlauchwandung
weggenommen wird, was dann infolge der Elastizität der Schlauchwandung sicherstellt, daß der Schlauch in
seine Anfangsposition zurückkehrt, wie dies in Fig.2a
usw. dargestellt ist. Diese Rückkehr zum Anfangszustand kann durch die zeitweise Erzeugung eines Vakuums
im Hohlraum 4 verstärkt werden.
Im Pumpengehäuse 2 ist innenseitig ein Kragen 10 in einer bestimmten Entfernung vom linken Schlauchende
d. h., der Druckseite der Pumpe angebracht. Die Auskragungen 9 und 10 dienen zur Befestigung, beispielsweise
zum Verkleben eines zweiten, kürzeren Schlauches 13, der über den ersten Schlauch 3 gezogen ist. Bei
der Auskragung 9 bewirkt die innere Oberfläche des äußeren Schlauches 13 eine Lagerung, um das Ende des
Schlauches 3 dort fest über seinen gesamten Umfang mit dem Pumpengehäuse beispielsweise durch Verkleben
oder anderweitig zu verbinden. Dadurch entsteht ein zweiter Hohlraum 12, der den zweiten Schlauch 13
umgibt.
b5 C.tcIi eine Druckerhöhung im Hohlraum 12 kann der
zweite Schlauch 13 in eine Position gebracht werden, wie sie in den Fig. Ib und Id dargestellt ist. Folglich
kann der zweite Schlauch 13 bei geeigneter Steuerung
als Absperrventil funktionieren, das, im Gegensatz zu üblichen Absperrventilen, nicht in direkten Kontakt mit
dem zu pumpenden Medium kommt, und das in seiner Offen-Stellung den Durchfluß in keiner Weise beeinträchtigt.
Dies bietet den Vorteil, daß die Innenwandung des Pumpenschlauches 3 trotz der Anwesenheit eines
Absperrventiles vollkommen glatt bleiben kann, so daß die Pumpe einfach und ordnungsgemäß gereinigt werden
kann, was insbesondere beim Einsatz der Pumpe in der Molkereiindustrie oder bei medizinischen Anwendüngen
von größter Bedeutung ist. Außerdem können feste Teilchen, die möglicherweise in dem zu pumpenden
Medium vorhanden sind, nicht durch diese Art von Absperrventil beschädigt werden, was auch insbesondere
beim Pumpen von Blut wichtig ist, da dann die Blutkörperchen nicht beschädigt werden.
Der zweite äußere Schlauch 13 braucht grundsätzlich nicht mit einer Schwachstelle oder mit Zapfen, ähnlich
den Zapfen 6, versehen sein, da nach einer Druckerhöhung im Hohlraum 12 sich der Schlauch 13 immer in
einer Art und Weise verengen wird, wie dies in den F i g. 1 b und Id dargestellt ist. Trotzdem ist es empfehlenswert,
daß der Schlauch 13 in seinem zusammengedrückten Zustand in der gleichen Ebene liegt, wie der
Schlauch 3 im zusammengedrückten Zustand, um zu verhindern, daß beide Schläuche gegeneinander arbeiten.
Um dies sicherzustellen, kann der Schlauch 13 mit einer Schwachstelle versehen sein, die wie oben beschrieben,
aufgebaut sein kann, und die ungefähr in der Mitte des Schlauches 13 liegt. Anstelle von derartigen
Schwachstellen kann auch einer oder mehrere Zapfen vorgesehen sein, die ähnlich aufgebaut sein können wie
die Zapfen 6.
Auch eine Kombination von Schwachsteilen und einem oder mehreren Zapfen ist möglich.
Die Zapfen und/oder Schwachstellen, die dem kurzen Schlauch 13 zugeordnet sind, sollten in der gleichen
Ebene liegen, wie die Zapfen und Schwachstellen, die dem Schlauch 3 zugeordnet sind.
Die in F i g. 1 dargestellte Pumpe arbeitet wie folgt: Wenn als Ausgangslage die in F i g. 1 b dargestellte Position
gewählt wird, wo der erste Pumpenschlauch 3 entspannt ist. und mit dem zu pumpenden Medium gefüllt
ist, und wo im zweiten Hohlraum 12 ein solcher Druck herrscht, daß das Absperrventil geschlossen ist, dann
wird der Druck im Hohlraum 4 vergrößert, so daß der Pumpenschlauch 3 sich zusammenzuziehen beginnt.
Ungefähr gleichzeitig wird der Druck im Hohlraum 12 verringert, so daß das Absperrventil öffnet. Diese Situation
ist in Fig. Ic dargestellt. Wenn sich der Pumpenschlauch
3 über seine gesamte Länge zusammengezo
gen iiüL. Wii u uci
jhlraum 12 wiederum
erhöht, so daß das Absperrventil schließt Dieser Zustand ist in Fig. td dargestellt. Danach wird der Druck
im Hohlraum 4 wieder reduziert, so daß sich der Pumpenschlauch 3 wieder entspannt und sich wieder mit
dem zu pumpenden Medium füllt, so daß wieder der Zustand erreicht wird, wie er in F i g. 1 b dargestellt ist
Das Pumpengehäuse ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel so ausgeführt daß mittels üblicher Verbindungsverfahren,
wie zum Beispiel Flanschverbindungen die Pumpe einen Teil einer Leitung bildet und von
dieser gehalten wird oder auch selbst als Halterung der Leitung fungieren kann.
Der Schlauch 3 kann an einer Innenseite mit einem oder mehreren elastischen Schläuchen versehen und
folglich von dem zu pumpenden Medium abgetrennt sein, die als Führung dienen und die dieselbe Länge
aufweisen oder auch länger sein können, je nach den erforderlichen Materialeigenschaften bezüglich Abnutzungswiderstand,
Widerstand gegen bestimmte agressive Substanzen, oder aus hygienischen Gründen. In diesem
Fall ist es empfehlenswert, zwischen dem ersten Schlauch 3 und dem als Führung dienenden anderen
Schlauch eine Flüssigkeit oder eine Paste als Schmiermittel vorzusehen, die die auftretende Reibung zwischen
den beiden Wänden während der elastischen Deformation in Grenzen hält.
Die Verwendung eines separaten Schlauches ist insbesondere empfehlenswert für medizinische Anwendungen,
da dann die Pumpe selbst nicht vollständig steril sein muß. Als separater Schlauch kann in einfacher Weise
ein normaler Infusionsschlauch verwendet werden, der durch den Purr.penschlauch durchgeführt ist.
Für diesen Anwendungsbereich kann die Pumpe nach dem in Fig.3 skizzierten Ausführungsbeispiel in zwei
Hälften aufgeteilt sein, die gegeneinander geklappt werden können. Das Gehäuse der in F i g. 3 dargestellten
Pumpe besteht aus zwei Hälften 100 und 101, die mittels einer Gelenkverbindung 102 verbunden sind. In beiden
Hälften ist eine Kamme 03 bzw. 104 vorgesehen. Die Kammern sind im gescniossenen Zustand der Pumpe
gegenüber angeordnet und sind an den Seiten, an denen sie zueinander zeigen, mit einer Membrane 105 bzw. 106
abgeschlossen. Die Kammern sind außerdem jeweils über eine Leitung 107 bzw. 108 mit einer Versorgungsleitung
109 für das Druckmedium verbunden.
Zwischen den beiden Membranen wird ein separater Schlauch 110, beispielsweise ein Infusionsschlauch eingelegt,
indem man die Pumpe öffnet und nach Einlegung des Schlauches 110 wieder schließt und indem man die
Pumpe in einer nicht näher dargestellten Art und Weise verschließt. Hierbei ist dann bei einer derartigen Ausgestaltung
der Pumpe das Absperrventil ebenfalls aus zwei Hälften aufgebaut.
Die Pumpe selbst kann in der gleichen Art und Weise aufgebaut sein wie beim ersten Ausführungsbeispiel, mit
Schwachstellen in den Membranen, Zapfen und Begrenzungsmitteln für die Kompression des Schlauches 110.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Peristaltische Pumpe mit einem Pumpengehäuse, in das ein Schlauch mit seinen Enden dicht eingesetzt
ist, wobei zwischen Schlauch und Pumpengehäuse ein Hohlraum verbleibt, in den ein Druckmedium
eingeführt und wieder abgeführt werden kann, und der Rückfluß des Fördermediums durch ein Absperrventil
vermieden wird, und wobei die Wandstärke des Schlauches über die Schlauchlänge konstant
ist und die Einschnürung des Schlauches bei Einwirkung des Druckmediums in der Nähe der Eingangsöffnung
des Schlauches beginnt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul
des Schlauches (3) konstant ist, daß der Schlauch (3) eine zumindest in longitudinal Richtung begrenzte
Schwachstelle (5) an der Saugseite aufweist, und daß der Schlauch (3) von einem zweiten Hohlraum (12)
an der Druckseite umgeben ist, der vom ersten Hohlraum (4) abgetrennt ist, und der mit einem
Druckmedium alternierend zum ersten Hohlraum (4) beschickt werden kann.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwachstelle durch eine lokale Änderung der chemischen Zusammensetzung der Wandung
des Schlauches (3) gebildet ist.
3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwachstelle (5) durch eine lokale Verdünnung
der Wandung des Schlauches (3) gebildet ist.
4. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwachstelle (5) zwei diametral
gegenüberliegende, geschwächte Schlauchabschnitte umfaßt, die sich entlang.einer relativ begrenzten
radialen Strecke erstrecken.
5. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwachstelle aus einer ringnutförmigen
Schwächung der Schlauchwandung besteht.
6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen gegenüberliegend zur
Schwachstelle (5) auf der Innenseite des Pumpengehäuses (2) zumindest ein Zapfen (6) angeordnet ist,
der in Ruheposition leicht die Schlauchwandung zusammendrückt.
7. Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten, relativ kurzen Schlauch (13), der an
der Druckseite des Pumpengehäuses angeordnet ist, der um den ersten Schlauch (3) gezogen ist und der
den zweiten Hohlraum (12) teilweise begrenzt.
8. Pumpe nach Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Schlauch (13) ungefähr
in seiner Mitte mit einer oder mehreren Schwachstellen versehen ist, die mit den geschwächten
Wandteilen des ersten oder inneren Schlauchs (3) in einer Ebene liegen.
9. Verwendung der peristaltischen Pumpe nach den vorhergehenden Ansprüchen mit einem vorhandenen
Schlauch, durch den das zu pumpende Medium geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gehäuse aus zwei gegeneinander schwenkbaren Hälften (100, 101) besteht, in die je eine Kammer
(103, 104) eingelassen ist, die zusammen die Hohlräume (4,12) bilden, die den Schlauch umgeben und
denen das Druckmedium zugeführt wird, wobei Membranen (105, 106) einerseits die beiden Kammern
(103, 104) abschließen und andererseits zwischen sich den vorhandenen Schlauch (110) einschließen,
wobei das Gehäuse (100,101) mit Vorrichtungen zum Abschließen im geschlossenen Zustand
versehen ist.
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