DE3935502C2 - Encapsulated liquid pump - Google Patents

Encapsulated liquid pump

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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.The invention relates to an encapsulated liquid pump pe, especially for shear sensitive liquids, e.g. B. blood, in one with a central feed and pump housing provided with a tangential drain Pump bottom a tumbling, non-rotating pump body is arranged by.

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.A liquid pump of this type is from CH-PS 353 628 known. It has a thin, frustoconical shape pump bottom made of magnetizable material which is a pump body designed as a swash plate rests with a large central opening and an opposite one during its tumbling motion Cone surface touches the inlet. Outside of The bottom of the pump is a conical surface Assigned magnet, whose orbital movement to the Pump body is transferable. When operating the pump the aspirated liquid passes through the central one Swashplate opening on both sides of the pump body. This results in high shear stresses especially in the area of the bearing of the pump body.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssig­ keitspumpe dieser Art so zu verbessern, daß die Scherspannungen so gut wie vermieden werden.The invention has for its object a liquid speed pump of this type to improve so that the Shear stresses can be avoided as much as possible.

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.The solution to the problem is the characterizing features of claim 1. Then  the working space of the pump through the membrane on only one side of the pump body is restricted. The pump body by itself does not rotate, but only forms a rotating conveyor gap with the housing according to Art a centrifugal pump. There are practically no shears powers up.

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.So that the liquid pump according to the invention is special ders for the promotion of blood or other substances where it depends on particularly high reliability, e.g. B. explosive fluids, suitable. The pump and the pump body can completely with one suitable elastic plastic. It storage and lubrication problems are eliminated. The one in itself well-known magnetic drive enables small gaps and defined magnetic positions that lead to high energetic Lead efficiencies.

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.The small, moving mass enables with the Magnetan drove a variation of the sequence of movements leading to Example can be modulated in a sinusoidal manner. The hermetic seal avoids dangers Leakage from inside and outside, especially from Air intake.

Die Erfindung wird nachstehend an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is shown below in the drawing illustrated embodiments explained in more detail. It demonstrate:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Pumpe nach der Erfin­ dung, Fig. 1 is a side view of a dung pump according to the OF INVENTION,

Fig. 2-9 axiale Querschnitte durch verschiedene Ausfüh­ rungsformen der Pumpe bzw. eines Teiles der Pumpe. Fig. 2-9 axial cross sections through different Ausfüh approximate shapes of the pump or part of the pump.

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.According to FIGS. 1 and 2, the liquid pump of the invention of a pump base 1 and a flanged-on it, the pump housing 2, which is provided with a central inlet 3 and a tangential outlet 4 for the liquid to be pumped there.

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.A non-rotatable, tumbling pump body 5 is arranged in the pump housing 2 and is mounted in an oscillating manner on the pump base 1 . The oscillating bearing consists of a flexible axis 6 clamped in the pump base 1 and in the pump body 5 made of elastic material.

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.The top 7 of the pump base 1 and the inside 8 of the pump housing 2 opposite it are slightly conical in shape such that they taper towards the center of the housing.

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.The pump body 5 is designed here as a flat, circular swash plate 9 . A gap 10 existing between its circumference and the side wall of the pump housing 2 is bridged by a membrane 11 made of elastic material, which is clamped between the pump base 1 and the pump housing 2 and is firmly connected to the pump body 5 . It prevents rotation of the pump body 5 and seals a drive chamber 12 located underneath the pump body 5 from a working chamber 13 located above the pump body 5 .

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.In the swash plate 9 , magnets 14 are embedded along its circumference, to which the electromagnets 15 used in the pump base 1 are assigned. The magnets 14 can be controlled electrically in such a way that opposite magnetic poles are magnetically polarized in opposite directions. Corresponding magnetic poles of the magnets 14 in the pump body 5 are attracted or repelled. When the current end position is reached, the next magnet pair 14 , 15 is excited. This creates a rotating magnetic force field, which leads to a wobbling movement of the pump body 5 . By means of additional sensors, e.g. B. Hall sensors 16 can be achieved precise and safe control of the excitation process. This can also be achieved by separating and evaluating the voltages induced by the magnets 14 in the coils 18 of the electromagnets 15 in the pump base 1 .

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.Influencing the magnets 14 leads to a wobbling movement of the pump body 5 . This creates between this and the inside 8 of the pump housing 2 a working gap 17 rotating in the direction of rotation of the magnetic field, which shifts the liquid to be pumped in the direction of the least resistance, thus rotating it and setting the centrifugal force to accelerate the widening part of the working space 13 .

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.At the same time, the liquid is displaced along the lateral surface of the pump body 5 . The liquid is thus promoted by two superimposed processes in the direction of the tangential outlet 4 without being exposed to harmful shear forces.

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. A possibly complete lining of the work space 13 enables the conveyance of sensitive liquids, in particular blood, with blood-compatible materials for the lining, eg. B. polyurethanes are advantageous.

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. 3, the pump body 5 is designed as a swash plate 19 which is slightly conical downwards, while the upper side 20 of the pump base 1 is flat.

In Fig. 4 sind der Pumpenkörper 5 als leicht konische Taumelplatte 19 und die Oberseite 20 des Pumpenbodens 1 konisch ausgebildet.In FIG. 4, the pump body 5 as a slightly conical swash plate 19 and the top 20 are of the pump base 1 conical.

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. Fig. 5 shows an embodiment of the liquid pump according to the invention, in which the pump body is held on a flexurally elastic axle 6 mounted on a ball 21 5, which is supported in a ball socket 22 of the pump base 1.

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.While the electromagnets 15 are arranged in the pump base 1 below the magnet 14 of the pump body 5 in the embodiments of Figs. 1-5, they are (25) in the embodiment of FIGS. 6 and 7 at the edge of the pump base 1 with respect to the radially oriented Magnet 14 arranged.

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. 7 shows an embodiment in which the pump body 5 consists of a swash plate 9 and a conical structure 26 firmly connected to the top thereof. The pump housing 2 is accordingly also conical. The opening angle of the structure 26 is expediently at least equal to the opening angle of the housing 2 plus at least twice the wobble angle β. Fig. 7 shows particularly clearly the circumferential working gap 17 between the pump body 5 and the pump housing 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. Fig. 8 shows an embodiment in which the pump body 5 is mounted on a relatively long rod 27 made of flexible material, whereby the wobble point is offset more eccentrically. As a result, the electromagnets 15 can be better integrated into the pump base 1 while maintaining the geometry of the working space 13 . In this exemplary embodiment, a ball bearing 21 according to FIG. 5 would also be possible.

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.In order to achieve a better pump efficiency or a better pressure output, the pump body 5 can have beads 28 . These beads 28 or Flügelauf sets can also be provided on the pump body 5 of the other embodiments.

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. FIG. 9 shows an embodiment in which a motor drive 33 is provided instead of the magnetic drive. The pump body 5 is clamped on a ball bearing 30 , the inner ring of which is connected to a drive disk 31 . This drive pulley 31 is tilted relative to the axis of rotation of a motor shaft 32 engaging it by the wobble angle β. The rotation of the motor shaft 32 causes the desired wobbling movement of the pump body 5 without causing it to rotate itself. The drive chamber 14 is sealed off from the working chamber 13 by the membrane 11 .

Claims (10)

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.1. Encapsulated liquid pump, especially for shear sensitive liquids, e.g. B. blood, a tumbling, non-rotatable pump body is arranged in a pump housing provided with a central inlet and a tangential outlet,
characterized,
that the pump body ( 5 ) consists of a swash plate ( 9 , 19 ),
that a clamped between the pump housing ( 2 ) and the pump base ( 1 ) and on the swash plate ( 9 , 19 ) membrane ( 11 ) made of elastic cal material located above the swash plate ( 9 , 19 ) working space ( 13 ) opposite seals drive chamber ( 12 ) located below the swash plate,
that the working space ( 13 ) of the wobble movement of the pump body ( 5 ) is geometrically adapted so that a circumferential, minimal working gap ( 17 ) is formed between the inside of the working space ( 13 ) and the pump body ( 5 ) and
that the pump body ( 5 ) is connected to the pump base by means of a fixed pendulum bearing - ( 6 , 21 , 27 , 30 ). 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.2. Liquid pump according to claim 1, characterized in that the pump body ( 1 ) carries magnets ( 14 ), which is located in the pump base ( 1 ), rotating magnetic force field is assigned. 3. Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkörper (5) auf einer im Pumpenboden (1) gelagerten Kugel (21) ruht.3. Liquid pump according to claim 1 or 2, characterized in that the pump body ( 5 ) rests on a ball ( 21 ) mounted in the pump base ( 1 ). 4. Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkörper (5) auf einer elastisch biegsamen Achse (27) gehalten ist.4. Liquid pump according to claim 1 or 2, characterized in that the pump body ( 5 ) is held on an elastically flexible axis ( 27 ). 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.5. Liquid pump according to claim 1 or 2, characterized in that the pump body ( 5 ) is held on a ball bearing ( 30 ), on the inner ring of which is inclined by the wobble angle (β), rotating drive pulley ( 31 ) engages. 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.6. Liquid pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the underside of the swash plate ( 9 ) is flat and the pump base ( 1 ) are conical. 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.7. Liquid pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the underside of the swash plate ( 19 ) is conical and the pump base ( 1 ) are flat. 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.8. Liquid pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the underside of the swash plate ( 19 ) is flat and the pump base ( 1 ) are conical in opposite directions. 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.9. A liquid pump according to one of claims 1 to 8, characterized in that the swash plate on its side facing the working space ( 13 ) has a structure ( 26 ) which is firmly connected to the swash plate ( 5 ) and that the pump housing ( 1 ) has a corresponding shape having. 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.10. Liquid pump according to claim 9, characterized in that the pump body ( 5 ) consists of a swash plate ( 9 , 19 ) and a conical structure thereon ( 26 ) and that the working space ( 13 ) in the pump housing ( 2 ) is also conical is designed such that the opening angle of the structure ( 26 ) is at least equal to the opening angle of the working space ( 13 ) of the pump housing ( 2 ) plus twice the wobble angle (β).
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