DE3026117C2 - Peristaltische Pumpe - Google Patents

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)

Patentansprüche:

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.