DE3935502C2

DE3935502C2 - Gekapselte Flüssigkeitspumpe

Info

Publication number: DE3935502C2
Application number: DE3935502A
Authority: DE
Inventors: Horst-Peter Dr Ing Heimes
Original assignee: HEIMES HORST PETER DR ING
Current assignee: HEIMES HORST PETER DR ING
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: DE3935502A1

Description

Die Erfindung betrifft eine gekapselte Flüssigkeitspum pe, insbesondere für scherempfindliche Flüssigkeiten, z. B. Blut, wobei in einem mit einem zentralen Zu- und einem tangentialen Ablauf versehenen Pumpengehäuse mit Pumpenboden ein taumelnder, nicht drehbarer Pumpenkör per angeordnet ist.

Eine Flüssigkeitspumpe dieser Art ist aus der CH-PS 353 628 bekannt. Sie weist einen dünnen, kegelstumpfförmi gen Pumpenboden aus magnetisierbarem Werkstoff auf, auf dem ein als Taumelscheibe ausgebildeter Pumpenkörper ruht, der eine große zentrale Öffnung aufweist und während seiner Taumelbewegung eine gegenüberliegende Kegelfläche um den Zulauf berührt. Außerhalb des Pumpenbodens ist dessen Kegelflächen ein umlaufender Magnet zugeordnet, dessen Umlaufbewegung auf den Pumpenkörper übertragbar ist. Beim Pumpenbetrieb ge langt die angesaugte Flüssigkeit durch die zentrale Öffnung der Taumelscheibe auf beide Seiten des Pumpen körpers. Daraus ergeben sich hohe Scherspannungen vor allem im Bereich der Lagerung des Pumpenkörpers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssig keitspumpe dieser Art so zu verbessern, daß die Scherspannungen so gut wie vermieden werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Danach wird der Arbeitsraum der Pumpe durch die Membran auf nur eine Seite des Pumpenkörpers beschränkt. Der Pumpenkör per selbst rotiert nicht, sondern bildet lediglich einen rotierenden Förderspalt mit dem Gehäuse nach Art einer Kreiselpumpe. Es treten praktisch keine Scher kräfte auf.

Damit ist die erfindungsgemäße Flüssigkeitspumpe beson ders für die Förderung von Blut oder andere Stoffe, wo es auf besonders hohe Zuverlässigkeit ankommt, z. B. explosionsgefährdete Fördermedien, geeignet. Die Pumpe und der Pumpenkörper können vollständig mit einem geeigneten elastischen Kunststoff ausgekleidet sein. Es entfallen Lager- und Schmierprobleme. Der an sich bekannte Magnetantrieb ermöglicht kleine Spalte und definierte Magnetstellungen, die zu hohen energetischen Wirkungsgraden führen.

Die geringe, bewegte Masse ermöglicht mit dem Magnetan trieb eine Variation des Bewegungsablaufes, der zum Beispiel sinusförmig überlagert moduliert werden kann. Die hermetische Abdichtung vermeidet Gefahren durch Leckage von innen wie außen, insbesondere auch von Lufteintritt.

Die Erfindung wird nachstehend an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Pumpe nach der Erfin dung,

Fig. 2-9 axiale Querschnitte durch verschiedene Ausfüh rungsformen der Pumpe bzw. eines Teiles der Pumpe.

Nach den Fig. 1 und 2 besteht die erfindungsgemäße Flüssigkeitspumpe aus einem Pumpenboden 1 und einem darauf aufgeflanschten Pumpengehäuse 2, das mit einem zentrischen Einlaß 3 und einem tangentialen Auslaß 4 für die zu fördernde Flüssigkeit versehen ist.

Im Pumpengehäuse 2 ist ein nicht drehbarer, taumelnder Pumpenkörper 5 angeordnet und auf dem Pumpenboden 1 pendelnd gelagert. Die pendelnde Lagerung besteht hier aus einer im Pumpenboden 1 und im Pumpenkörper 5 eingespannten biegsamen Achse 6 aus elastischem Werk stoff.

Die Oberseite 7 des Pumpenbodens 1 und die ihr gegenüberliegende Innenseite 8 des Pumpengehäuses 2 sind leicht konisch geformt, derart, daß sie sich zur Gehäusemitte hin verjüngen.

Der Pumpenkörper 5 ist hier als eine ebene, kreisrunde Taumelscheibe 9 ausgebildet. Ein zwischen ihrem Umfang und der Seitenwand des Pumpengehäuses 2 bestehender Spalt 10 ist von einer Membran 11 aus elastischem Werkstoff überbrückt, die zwischen dem Pumpenboden 1 und dem Pumpengehäuse 2 eingespannt und fest mit dem Pumpenkörper 5 verbunden ist. Sie verhindert eine Rotation des Pumpenkörpers 5 und dichtet einen unter halb des Pumpenkörpers 5 befindlichen Antriebsraum 12 gegenüber einem oberhalb des Pumpenkörpers 5 befindli chen Arbeitsraum 13 ab.

In der Taumelscheibe 9 sind entlang ihres Umfanges Magneten 14 eingelassen, denen im Pumpenboden 1 eingesetzte Elektromagneten 15 zugeordnet sind. Die Magneten 14 können elektrisch so angesteuert werden, daß jeweils einander gegenüberliegende Magnetpole entgegengesetzt magnetisch gepolt sind. Dadurch werden korrespondierende Magnetpole der Magneten 14 im Pumpen körper 5 angezogen bzw. abgestoßen. Bei Erreichen der augenblicklichen Endlage erfolgt die Erregung des nächstfolgenden Magnetpaares 14, 15. So entsteht ein umlaufendes magnetisches Kraftfeld, das zu einer Taumelbewegung des Pumpenkörpers 5 führt. Mittels zusätzlicher Sensoren, z. B. Hallsensoren 16 kann eine genaue und sichere Steuerung des Erregungsablaufes erzielt werden. Diese kann auch über eine Abtrennung und Auswertung der von den Magneten 14 in den Spulen 18 der Elektromagneten 15 im Pumpenboden 1 induzierten Spannungen erreicht werden.

Die Beeinflussung der Magneten 14 führt zu einer Taumelbewegung des Pumpenkörpers 5. Dabei entsteht zwischen diesem und der Innenseite 8 des Pumpengehäuses 2 ein in Drehrichtung des Magnetfeldes umlaufender Arbeitsspalt 17, der die zu pumpende Flüssigkeit in Richtung des geringsten Widerstandes verschiebt, sie damit in Rotation versetzt und nach den Fliehkraftge setzen zum breiter werdenden Teil des Arbeitsraumes 13 beschleunigt.

Gleichzeitig erfolgt eine Verdrängung der Flüssigkeit entlang der Mantelfläche des Pumpenkörpers 5. Die Flüssigkeit wird somit durch zwei einander überlagerte Vorgänge in Richtung zum tangentialen Auslaß 4 geför dert, ohne daß sie schädlichen Scherkräften ausgesetzt wird.

Eine ggf. vollständige Auskleidung des Arbeitsraumes 13 ermöglicht das Fördern empfindlicher Flüssigkeiten, insbesondere Blut, wobei für die Auskleidung blutkom patible Werkstoffe, z. B. Polyurethane, vorteilhaft sind.

In Fig. 3 ist der Pumpenkörper 5 als nach unten leicht konische Taumelplatte 19 ausgebildet, während die Oberseite 20 des Pumpenbodens 1 eben ausgebildet ist.

In Fig. 4 sind der Pumpenkörper 5 als leicht konische Taumelplatte 19 und die Oberseite 20 des Pumpenbodens 1 konisch ausgebildet.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe, bei der der Pumpenkörper 5 statt auf einer biegeelastischen Achse 6 auf einer Kugel 21 gelagert ist, die sich in einer Kugelpfanne 22 des Pumpenbodens 1 abstützt.

Während in den Ausführungsformen der Fig. 1-5 die Elektromagneten 15 im Pumpenboden 1 unterhalb der Magneten 14 des Pumpenkörpers 5 angeordnet sind, sind sie (25) in der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 am Rand des Pumpenbodens 1 gegenüber den radial ausge richteten Magneten 14 angeordnet.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Pumpen körper 5 aus einer Taumelplatte 9 und einem mit deren Oberseite fest verbundenen konischen Aufbau 26 besteht. Das Pumpengehäuse 2 ist dementsprechend ebenfalls konisch ausgebildet. Der Öffnungswinkel des Aufbaues 26 ist zweckmäßig mindestens gleich dem Öffnungswinkel des Gehäuses 2 plus mindestens dem zweifachen Taumelwinkel β. Fig. 7 zeigt besonders deutlich den umlaufenden Arbeitsspalt 17 zwischen dem Pumpenkörper 5 und dem Pumpengehäuse 2.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Pumpen körper 5 auf einer relativ langen Stange 27 aus biegeelastischem Werkstoff gelagert ist, wodurch der Taumelpunkt exzentrisch stärker versetzt ist. Hierdurch können bei Einhaltung der Geometrie des Arbeitsraumes 13 die Elektromagnete 15 besser in den Pumpenboden 1 integriert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wäre auch eine Kugellagerung 21 nach Fig. 5 möglich.

Um einen besseren Pumpwirkungsgrad bzw. eine bessere Druckleistung zu erzielen, kann der Pumpenkörper 5 Sicken 28 aufweisen. Diese Sicken 28 oder Flügelauf sätze können auch auf dem Pumpenkörper 5 der anderen Ausführungsformen vorgesehen sein.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der anstelle des Magnetantriebes ein Motorantrieb 33 vorgesehen ist. Der Pumpenkörper 5 ist auf ein Kugellager 30 gespannt, dessen Innenring mit einer Antriebsscheibe 31 verbunden ist. Diese Antriebsscheibe 31 ist gegenüber der Drehachse einer an ihr angreifenden Motorwelle 32 um den Taumelwinkel β gekippt. Die Drehung der Motorwelle 32 bewirkt die gewünschte Taumelbewegung des Pumpen körpers 5 ohne diesen selbst in Rotation zu versetzen. Der Antriebsraum 14 ist gegenüber dem Arbeitsraum 13 durch die Membran 11 abgedichtet.

Claims

1. Gekapselte Flüssigkeitspumpe, insbesondere für scherempfindliche Flüssigkeiten, z. B. Blut, wobei in einem mit einem zentralen Zu- und einem tangentialen Ablauf versehenen Pumpengehäuse mit Pumpenboden ein taumelnder, nicht drehbarer Pum penkörper angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Pumpenkörper (5) aus einer Taumelscheibe (9, 19) besteht,
daß eine zwischen dem Pumpengehäuse (2) und dem Pumpenboden (1) eingespannte und an der Taumel scheibe (9, 19) befestigte Membran (11) aus elasti schem Werkstoff den oberhalb der Taumelscheibe (9, 19) befindlichen Arbeitsraum (13) gegenüber dem unterhalb der Taumelscheibe angeordneten Antriebs raum (12) abdichtet,
daß der Arbeitsraum (13) der Taumelbewegung des Pumpenkörpers (5) geometrisch so angepaßt ist, daß zwischen der Innenseite des Arbeitsraumes (13) und dem Pumpenkörper (5) ein umlaufender, minimaler Arbeitsspalt (17) gebildet ist und
daß der Pumpenkörper (5) mittels einer ortsfesten Pendellagerung - (6, 21, 27, 30) mit dem Pumpenboden verbunden ist.

2. Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Pumpenkörper (1) Magneten (14) trägt, denen ein im Pumpenboden (1) befindliches, umlaufendes magnetisches Kraftfeld zugeordnet ist.

3. Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkörper (5) auf einer im Pumpenboden (1) gelagerten Kugel (21) ruht.

4. Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkörper (5) auf einer elastisch biegsamen Achse (27) gehalten ist.

5. Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkörper (5) auf einem Kugellager (30) gehalten ist, an dessen Innenring eine um den Taumelwinkel (β) schräg gestellte, umlaufend angetriebene Antriebsscheibe (31) an greift.

6. Flüssigkeitspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Taumelscheibe (9) eben und der Pumpenboden (1) konisch ausgebildet sind.

7. Flüssigkeitspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Taumelscheibe (19) konisch und der Pumpenboden (1) eben ausgebildet sind.

8. Flüssigkeitspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Taumelscheibe (19) eben und der Pumpenboden (1) entgegengesetzt konisch ausgebildet sind.

9. Flüssigkeitspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe auf ihrer dem Arbeitsraum (13) zugewandten Seite einen mit der Taumelscheibe (5) fest verbundenen Aufbau (26) aufweist und daß das Pumpengehäuse (1) eine entsprechende Form aufweist.

10. Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Pumpenkörper (5) aus einer Taumelscheibe (9, 19) und einem darauf befindlichen konischen Aufbau (26) besteht und daß der Arbeits raum (13) im Pumpengehäuse (2) ebenfalls konisch ausgebildet ist, derart, daß der Öffnungswinkel des Aufbaus (26) mindestens gleich dem Öffnungswinkel des Arbeitsraumes (13) des Pumpengehäuses (2) zuzüglich dem zweifachen Taumelwinkel (β) ist.