DE3939367A1 - DISPLACEMENT PUMP - Google Patents
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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- F04B43/08—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having tubular flexible members
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- F04B43/0009—Special features
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Description
Die meisten Verdrängerpumpen - d. h. Pumpen, die eine Pumpkammer mit veränderlichem Volumen haben, welche ein bewegliches Verdrängerelement aufweißt - führen Fluid durch Öffnungen zu und ab, welche sich zur Kammer hin öffnen, und zwar durch eine nicht bewegbare Kammerwand. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen haben gewöhnlich Einwegeventile, wie z. B. Kugelrückschlagventile oder Klappenventile. Wegen des begrenzten Raumes, der für die Öffnungen zur Verfügung steht, und wegen der Tatsache, daß der begrenzende Faktor bei der Pumpkapazität gewöhnlich in der Leitung zur Pumpe oder von dieser her liegt statt in der Pumpe selbst, sind die Einlaß- und Auslaßöffnungen verhältnismäßig klein. Das geringe Maß der Öffnungen beschränkt die Ansaug- und Ausstoßfließgeschwindigkeiten, ruft eine pulsierende Zuströmung und Abströmung hervor und verbraucht Energie in der Form dynamischer Fluidfriktion und Turbulenzverlusten. Die verhält nismäßig geringe Größe der Einlaßöffnungen in den meisten Pumpen bedingt auch eine relativ hohe Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und der Pumpkammer, um während des Ansaughubes das Füllen sicherzustellen.Most positive displacement pumps - that is, pumps that have a variable volume pumping chamber that has a movable displacer element - deliver and remove fluid through orifices that open to the chamber through an immovable chamber wall. The inlet and outlet ports usually have one-way valves, such as. B. ball check valves or flap valves. Because of the limited space available for the openings and the fact that the limiting factor in pump capacity is usually in the line to or from the pump rather than in the pump itself, the inlet and outlet openings are relatively small . The small size of the openings limits the intake and exhaust flow rates, causes pulsating inflow and outflow, and consumes energy in the form of dynamic fluid friction and turbulence losses. The relatively small size of the inlet openings in most pumps also requires a relatively high pressure difference between the inlet and the pump chamber in order to ensure filling during the suction stroke.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat verschiedene Jahre lang bei der Entwicklung von Blutpumpen erhebliche Arbeit aufgewendet, um das anatomische Herz beim Pumpen von Blut durch das Blutgefäßsystem zu ersetzen oder zu unterstützen. Es gibt einige Eigenschaften, die für Blutpumpen erforderlich und nicht leicht zu erfüllen sind. Erstens ist es erwünscht, daß eine mechanische Blutpumpe in der Lage ist, Blut im wesentlichen kontinuierlich hereinzuführen, vorzugsweise mit minimalem Pulsieren. Zweitens sollte eine mechanische Blutpumpe in der Lage sein, ihren Ausstoß automatisch auf Zufuhrveränderungen in einem recht weiten Bereich einzustellen. Drittens muß eine Blutpumpe, welche die Ventile aufweist, weitestmöglich von "Toträumen" frei sein, Räume, wo es nur geringe oder keine Strömung gibt und wo infolgedessen Blut sich sammeln und Klumpen bilden kann; das Blut muß jederzeit in der Pumpe in Bewegung gehalten werden. Viertens muß eine Blutpumpe steril und frei von toxischen Materialien sein, wenn sie in Benutzung gesetzt wird, und sie muß so bleiben, solange sie sich in Benutzung befindet.The inventor of the present invention has several years long considerable work in the development of blood pumps spent on the anatomical heart when pumping blood through to replace or support the blood vessel system. There is some properties that are required for blood pumps and not are easy to accomplish. First, it is desirable that one mechanical blood pump is capable of blood essentially to bring in continuously, preferably with minimal Pulsation. Second, a mechanical blood pump should be in the Be able to automatically adjust their emissions based on feed changes a fairly wide range. Third, one must Blood pump, which has the valves as far as possible from "Dead dreams" should be free, spaces where there is little or no Current gives and where consequently blood collects and clots can form; the blood must always be in motion in the pump being held. Fourth, a blood pump must be sterile and free of toxic materials when put into use and it has to stay that way as long as it is in use located.
Mechanische Blutpumpen für vorübergehende Verwendung, wie z. B. während einer Herzoperation, oder zur Unterstützung eines beschädigten Herzens eine kurze zeitlang, während es heilt, werden zunehmend benutzt. Die derzeit in Benutzung befindlichen mechanischen Herzpumpen erfüllen die anerkannten Erfordernisse nur teilweise. Sie haben beispielsweise nur geringe Fähigkeit, sich automatisch auf Veränderungen des Körperblutbedarfes einzustellen, und müssen stattdessen genau überwacht und gesteuert werden. Derzeitige mechanische Blutpumpensysteme erfordern, daß eine relativ große Menge Blut des Patienten außerhalb des Körpers fließt und eine Menge Blut gleich der, welche außerhalb des Körpers des Patienten fließt, zugegeben werden muß, was unerwünscht ist.Mechanical blood pumps for temporary use, such as B. during heart surgery, or to support a damaged heart for a short while as it heals are increasingly used. The ones currently in use mechanical heart pumps meet the recognized requirements only partially. For example, you have little ability automatically changes in body blood requirements adjust, and instead need to be closely monitored and to be controlled. Current mechanical blood pump systems require a relatively large amount of the patient's blood flowing outside of the body and a lot of blood like that, which flows outside of the patient's body must become what is undesirable.
Lundbäck beschreibt in der US-PS 46 48 877 (10. März 1987) eine Blutpumpe und zeigt diese, welche sehr wirkungsvoll die vorer wähnten Erfordernisse erfüllt. Die hiernach bekannte Pumpe hat eine Zufuhrkammer (Atrium) und eine Pumpkammer (Ventrikulum), welche durch einen kurzen Durchgang mit einem Einwegeventil verbunden ist. Die Kammern sind aus einem flexiblen, im wesent lichen nicht dehnbaren Material gebildet und können recht preiswert hergestellt werden und können somit in Benutzungsfäl len von unterschiedlichen Patienten außerhalb des Körpers ersetzt werden. Ein Antriebsring wird in einer Richtung ange trieben, um das Volumen der Pumpkammer zu verringern, d. h. um Blut aus der Pumpkammer zu pumpen, und es wird in der entgegen gesetzten Richtung bewegt für die Zufuhr von Blut in Abhängig keit von der Einströmung von Blut aus der Zufuhrkammer. Der Aufbau der Pumpe nach der Lundbäck Patentschrift ist so, daß es keine Toträume dort gibt, wo die Strömung relativ ruhig ist und Blut sich sammeln und Klumpen bilden kann. Zwar sind Flußbe schränkungen minimal gemacht, die Pumpe hat aber drei relativ kleine Öffnungen, von denen zwei ein Einwegeventil haben.Lundbäck describes one in US Pat. No. 4,648,877 (March 10, 1987) Blood pump and shows this which is very effective the previous one mentioned requirements met. The pump known hereafter has a supply chamber (atrium) and a pump chamber (ventricle), which by a short passage with a one-way valve connected is. The chambers are made of a flexible, essentially Lichen not stretchable material and can be quite are inexpensive to manufacture and can therefore be used len from different patients outside the body be replaced. A drive ring is turned on in one direction driven to reduce the volume of the pumping chamber, d. H. around Pump blood out of the pumping chamber and it will counter in the set direction moves depending on the supply of blood the inflow of blood from the supply chamber. The Construction of the pump according to the Lundbäck patent is such that it there are no dead spaces where the current is relatively calm and Blood can collect and form clumps. There are riverbeds restrictions minimized, but the pump has three relative small openings, two of which have a one-way valve.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Verdrängerpumpe, die geringe hydraulische Fließverluste hat.An object of the present invention is to provide a positive displacement pump, the low hydraulic flow loss Has.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Druckverlust über dem Pumpenzulaß minimal zu machen und dadurch eine schnelle Strömung zur Pumpkammer sicherzustellen, selbst bei einem sehr kleinen Differentialdruck über den Einlaß zur Pumpkammer.The object of the present invention is to reduce the pressure drop to make the pump approval minimal and therefore quick Ensure flow to the pumping chamber, even with a very small differential pressure across the inlet to the pumping chamber.
Ein ergänzender Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Pulsieren der Strömung aufstromig von der Pumpe sowohl dann minimal zu machen, wenn der Einlaß geschlossen ist (ein Gegendruck-Pulsieren), als auch wenn er offen ist (Ein leitungspulsieren). Diesbezüglich ist es erwünscht, daß Einwege ventile, die in der Lage sind, zuverlässig zu schließen, im wesentlichen ohne die Notwendigkeit, einer Gegenströmung unterworfen zu sein und ohne eine solche hervorzurufen, vorgese hen werden sollten, so daß Stöße oder Schocks, die aus dem Gegenstrom resultieren, vermieden werden. Beabsichtigt ist es auch, Vereinfachungen vorzusehen und die Kosten von Pumpener satzteilen minimal zu machen, d. h. von allen Leitungen, Kammern und Ventilen, durch welche das Blut (oder ein anderes Fluid) strömt und die vorzugsweise deswegen nicht wieder verwendet werden. Ein weiterer Gegenstand ist die Schaffung einer Pumpe, die ihren Ausstoß automatisch auf die Zufuhr einstellt und die ein Minimum an Fluidmenge innerhalb der Pumpe erfordert.A supplementary object of the present invention exists in it, the pulsation of the flow upstream from the pump to be minimized both when the inlet is closed (a back pressure pulsation) as well as when it is open (on line pulsation). In this regard, it is desirable that disposable valves that are able to close reliably in the essentially without the need for a counterflow to be subject and without provoking one hen should be so that shocks or shocks from the Countercurrent result, can be avoided. It is intended also to provide for simplifications and the cost of pumps to minimize the number of parts, d. H. of all lines, chambers and valves through which the blood (or other fluid) flows and that is why preferably not reused will. Another object is the creation of a pump, which automatically adjusts its output to the feed and requires a minimum amount of fluid within the pump.
Erfindungsgemäß erhält man die genannten Gegenstände und wird die Aufgabe bei einer Verdrängerpumpe dadurch gelöst, daß die Pumpe nach der vorgenannten US-Patentschrift Lundbäck eine Zufuhrkammer aufweist für die Aufnahme des zu pumpenden Fluids, eine Pumpkammer mit variablem Volumen, einen Einlaßdurchgang, durch welchen das Fließmittel von der Zufuhrkammer zur Pumpkam mer geführt wird, und einen Auslaß aufweist, durch welchen das Fluid abgezogen oder ausströmen gelassen wird. Ein Verdränger teil, welches der Pumpkammer zugeordnet ist, ist in entgegenge setzter Richtung längs einem vorbestimmten Weg derart bewegbar, daß es sich durch eine veränderliche Verdrängungszone der Pumpkammer bewegt, um abwechselnd das Volumen der Kammer zu erhöhen und zu verringern. Ein Antriebsmechanismus bewegt die Verdrängungskammer in mindestens einer Richtung, um das Volumen der Pumpkammer zu verringern. Ein Einlaßventil schließt den Einlaßdurchgang, um den Fluidrückfluß aus der Pumpkammer heraus durch den Einlaßdurchgang zu blockieren.According to the invention, the objects mentioned are obtained and are solved the task with a positive displacement pump in that the Pump according to the aforementioned US patent Lundback one Feed chamber has for receiving the fluid to be pumped, a variable volume pumping chamber, an inlet passage, through which the flow agent came from the feed chamber to the pump chamber mer is performed, and has an outlet through which the Fluid is drawn off or let out. A displacer part, which is assigned to the pump chamber, is in opposite set direction movable along a predetermined path so that it is a variable displacement zone of the Pump chamber moves to alternate the volume of the chamber increase and decrease. A drive mechanism moves the Displacement chamber in at least one direction to the volume to reduce the pumping chamber. An inlet valve closes the Inlet passage to allow fluid to flow back out of the pumping chamber blocked by the inlet passage.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Zufuhrkammer im allgemeinen quer zur Verdrängungszone der Pumpkammer angeordnet und umgibt diese im wesentlichen, und der Einlaßdurchgang verläuft im wesentlichen mit der Zufuhrkammer und öffnet sich zur Pumpkammer durch eine längliche, spaltartige Öffnung in einer Grenz- bzw. Randwand der Pumpkammer, die quer zur Verdrän gungszone angeordnet ist, wodurch Fluid in die Pumpkammer durch den Einlaßdurchgang im wesentlichen ohne jeden Druckverlust eintreten kann. Vorzugsweise weist die Pumpkammer ein bewegli ches Wandteil auf, welches von dem Verdrängungsteil beim Ausstoßhub in Eingriff bringbar ist und von dem Verdrängungsteil während des Ansaughubes so außer Eingriff bringbar ist, daß das Hubvolumen der Pumpe durch die hereinkommende Strömung des Fluids durch den Einlaßdurchgang gebildet wird. Gewöhnlich ist es vorteilhaft, die Pumpkammer im allgemeinen rund (kreisförmig oder oval) mit einem Durchmesser zu gestalten, der im wesentli chen größer als die Höhe ist.According to the present invention, the feed chamber is in the generally arranged transversely to the displacement zone of the pump chamber and substantially surrounds it and the inlet passage runs essentially with the feed chamber and opens to the pumping chamber through an elongated, gap-like opening in a boundary or edge wall of the pump chamber, which is transverse to the displacement supply zone is arranged, whereby fluid into the pumping chamber the inlet passage substantially without any loss of pressure can occur. The pump chamber preferably has a movable ches part of the wall, which from the displacement part at Ejection stroke can be brought into engagement and from the displacement part is so disengageable during the intake stroke that the Stroke volume of the pump by the incoming flow of the Fluid is formed through the inlet passage. Is common it is advantageous to make the pump chamber generally round (circular or oval) with a diameter that is essentially chen is greater than the height.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Wand der Pumpkammer quer zur Bewegungsrichtung des Verdrängungsteils aus einem flexiblen Material gebildet und wird von dem Verdrängungs teil in Eingriff gebracht und durch die Verdrängungszone hindurch von diesem gewölbt bzw. durchgebogen, um das Volumen der Kammer zu verringern. Eine Wand des Einlaßdurchganges kann auch aus flexiblem Material bestehen und kann vorzugsweise mit der Querwand der Pumpkammer aus einem Stück bestehen. Eine Form des Einlaßventils weist ein bewegbares Quetschventilteil auf, welches mit der flexiblen Wand am Einlaßdurchgang in Eingriff tritt und dieses quer über den Einlaßdurchgang in Eingriff mit der gegenüberliegenden Wand bewegt oder mit einem Klappenventil, wodurch die Öffnung geschlossen wird. Alternativ kann das Einlaßventil eine Klappe aus flexiblem Material sein, die an einer ihrer Kanten an einer Wand des Einlaßdurchganges ange bracht ist und deren anderes Ende frei derart ist, daß es auf die Fluidströmung und/oder den Druck anspricht durch Öffnen beim Ansaughub der Pumpkammer und Schließen beim Pumphub durch Eingriff mit der anderen Wand des Durchganges oder durch Eingriff mit einer ähnlich flexiblen Klappe, die an der anderen Wand des Einlaßdurchganges angebracht ist.According to another aspect of the invention, a wall of the Pump chamber transverse to the direction of movement of the displacement part a flexible material is formed and is from the displacement partially engaged and through the displacement zone through this arched or bent to the volume to decrease the chamber. One wall of the inlet passage can also consist of flexible material and can preferably with the transverse wall of the pump chamber consist of one piece. A form of the inlet valve has a movable pinch valve part, which engages with the flexible wall at the inlet passage occurs and engages across the inlet passage the opposite wall or with a flap valve, which closes the opening. Alternatively, it can Inlet valve to be a flap made of flexible material one of its edges on a wall of the inlet passage is brought and the other end is free such that it is open the fluid flow and / or the pressure responds by opening when Intake stroke of the pump chamber and closing during the pump stroke Engaging with the other wall of the passage or through Engaging a similarly flexible flap on the other Wall of the inlet passage is attached.
Bei einigen Ausführungsformen hat die Pumpkammer einen Auslaß in der Form eines Tores oder einer Öffnung, und ein Auslaßventil für die Auslaßöffnung macht von der flexiblen Pumpkammerwand und einem bewegbaren Ventilteil Gebrauch, welches die flexible Wand mit der Auslaßöffnung in Eingriff verschiebt und sie dadurch schließt. Andere Ausführungsformen von Ventilen, wie z. B. Klappenventilen, können am Auslaß aus der Pumpkammer verwendet werden. Es ist auch möglich, ein Auslaßventil ganz wegzulassen.In some embodiments, the pump chamber has an outlet in in the form of a gate or opening, and an outlet valve for the outlet opening from the flexible pump chamber wall and a movable valve part that uses the flexible wall engages with the outlet opening and thereby it closes. Other embodiments of valves, such as. B. Flap valves can be used at the outlet from the pump chamber will. It is also possible to omit an exhaust valve entirely.
In vorteilhafter Weise werden die Zufuhrkammer, der Einlaßdurch gang und die Pumpkammer durch zwei Blätter bzw. Bögen, Tafeln, dünne Platten bzw. dünne Lagen aus flexiblem Material gebildet, die durch diese festen bzw. starren Stützteile gehaltert werden, wie sie erforderlich sind, um Gewicht zu tragen und Kräfte infolge Druck auszuhalten. Die Materiallagen sind vorgeformt, um die Wände der Pumpkammer, Zufuhrkammer und des Einlaßdurchganges zu bilden, und sind an ihren äußeren Umfängen dichtend verbun den. Die festen Stützteile definieren die Gestaltungen bei maximalen Volumina der Kammern und gestalten die Einlaßöffnung zur Pumpkammer.Advantageously, the feed chamber, the inlet corridor and the pumping chamber through two sheets or arches, panels, thin plates or thin layers made of flexible material, which are held by these fixed or rigid support parts, as they are required to carry weight and strength endure due to pressure. The material layers are preformed to the walls of the pumping chamber, supply chamber and the inlet passage to form, and are sealingly connected on their outer circumferences the. The fixed support parts define the designs maximum volumes of the chambers and shape the inlet opening to the pumping chamber.
Die bevorzugten Ring- und Kreisformen der Zufuhrkammer und der Pumpkammer sorgen für ein Durchbiegen oder Wölben der flexiblen Wand der Pumpkammer mit einem Minimum an Knittern bzw. Kräuseln und sorgen für eine Gleichmäßigkeit der Fluidströmung radial in die Pumpkammer hinein. Da ein Auslaß axial gegenüber dem Verdrängungsteil angeordnet ist, ist eine gleichmäßige Ausströ mung radial und dann axial sichergestellt. Bei der Kreisform erfolgt die Strömung durch die Pumpe bei geringen Turbulenzni veaus aber mit relativ hohen Geschwindigkeiten, ohne ruhige Bereiche.The preferred ring and circular shapes of the feed chamber and Pump chamber ensure that the flexible bends or bulges Wall of the pumping chamber with a minimum of creases and ensure a uniform flow of fluid radially in into the pumping chamber. Because an outlet axially opposite Displacement part is arranged, a uniform outflow tion radially and then axially ensured. With the circular shape the flow through the pump takes place with low turbulence veaus but at relatively high speeds, without calm Areas.
Die Erfindung weist auch Ausführungsformen auf mit einer Kammer der zweiten Stufe mit veränderbarem Volumen, welche das Fluid aus der Pumpkammer während des Ausstoßhubes der letzteren aufnimmt. Ein Teil des Fluids, welches von der Pumpkammer während ihres Ausstoßhubes abgegeben wird, durchläuft die Kammer der zweiten Stufe zu einem Entleerungsdurchgang, während der Rest während des Ansaughubes der Kammer der zweiten Stufe eingeführt wird, wobei vorzugsweise der Betrieb in Gegenphase zur Pumpkammer vor sich geht. Auf diese Weise wird Fluid aus der Pumpe im wesentlichen kontinuierlich abfließen gelassen, d.h. sowohl während des Ansaug- als auch des Ausstoßhubes der zweiten Stufe, und Pulsierungen beim Ausstoß werden reduziert.The invention also has embodiments with a chamber the second stage with variable volume, which is the fluid from the pumping chamber during the discharge stroke of the latter records. Part of the fluid coming from the pumping chamber is discharged during its exhaust stroke, passes through the chamber the second stage to an emptying pass during which Rest during the second stage chamber suction stroke is introduced, preferably the operation in opposite phase to the pumping chamber is going on. In this way, fluid from the Pump drained substantially continuously, i.e. both during the intake and the exhaust stroke of the second Level, and pulsations during ejection are reduced.
Das bevorzugte Kammerelement - vorgeformte Lagen aus flexiblem Material, die an ihren Umfängen dichtend miteinander verbunden sind - kann mit geringen Kosten produziert werden und ist leicht in einem Stützaufbau zu installieren. Es ist daher ökonomisch und praktisch vorteilhaft für das Kammerelement, ein Wegwerfbe standteil zu sein.The preferred chamber element - preformed layers of flexible material that are sealed together at their peripheries - can be produced at low cost and is easy to install in a support structure. It is therefore economically and practically advantageous for the chamber element to be a disposable component.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrei bung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen. In derFurther advantages, features and possible applications of the present invention result from the following description Practice of preferred embodiments in connection with the Drawings. In the
zeigtshows
die Fig. 1A bis 7A im allgemeinen schematische Querschnitts ansichten von sieben Ausführungsformen von Einzelstufenpumpen, die in ihren Gestaltungen während des Ansaughubes gezeigt sind; Fig. 1B bis 7B im allgemeinen schematische Querschnittsan sichten der betreffenden Ausführungsformen der Fig. 1A bis 7A, während ihrer Ausstoßhübe gezeigt; Figs. 1A to 7A generally schematic cross-sectional views of seven embodiments of single stage pumps shown in their configurations during the intake stroke; Figures 1B to 7B are generally schematic cross-sectional views of the respective embodiments of Figures 1A to 7A shown during their exhaust strokes;
Fig. 6C eine Draufsicht auf das Kanmerelement der Ausführungs form der Fig. 6A und 6B; Fig. 6C is a plan view of the Kanmerelement the execution form of Figures 6A and 6B.
Fig. 7C eine schematische Querschnittsansicht der Ausführungs form der Fig. 7A und 7B am Ende des Ansaughubes; FIG. 7C is a schematic cross-sectional view of the execution form of Figures 7A and 7B at the end of the induction stroke.
Fig. 8A und 8B schematische Querschnittsansichten einer Zweistufenpumpe gemäß der Erfindung bei unterschiedlichen Betriebszuständen; Figs. 8A and 8B are schematic cross sectional views of a two-stage pump according to the invention in different operating conditions;
Fig. 9A und 9B Ansichten ähnlich den Fig. 8A und 8B unter Darstellung einer modifizierten Zweistufenpumpe; FIGS. 9A and 9B are views similar to Figures 8A and 8B showing a modified two-stage pump.
Fig. 10A und 10B schematische Querschnittsansichten einer weiteren Zweistufenpumpe gemäß der Erfindung bei unterschiedli chen Betriebszuständen entsprechend den in den Fig. 8A, 9A bzw. 8B, 9B gezeigten Zuständen; und FIG. 10A and 10B are schematic cross-sectional views of a further two-stage pump of the invention at differing operating conditions in accordance with Chen and 9A, 9B states corresponding in Figures 8A, 8B shown. and
Fig. 10C eine Draufsicht auf das Kammerelement der Ausführungs formen der Fig. 10A, 10B. Fig. 10C is a plan view of the chamber element of the embodiment forms of Fig. 10A, 10B.
Entsprechende Teile aller Ausführungsformen sind mit derselben Bezugszahl versehen, gefolgt von einem Bindestrich (-), und einer Zahl nach dem Bindestrich, welche der Figurennumerierung entspricht, wodurch die vollständige Zahl eine Unterscheidung der speziellen Ausführungsform ermöglicht.Corresponding parts of all embodiments are the same Reference number followed by a hyphen (-), and a number after the hyphen, which is the figure numbering corresponds, making the full number a distinction the special embodiment.
Bei allen in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen sind die Oberflächen, welche mit der zu pumpenden Flüssigkeit in Berührung kommen, die Innenoberflächen eines scheibenförmigen, im allgemeinen kreisförmigen oder teilkreisförmigen Einwegekam merelementes mit einem Einlaß und einem Auslaß und aus einem flexiblen aber im wesentlichen nicht dehnbaren bzw. nicht streckbaren Material hergestellt, wie z. B. Polyethylen, Polyur ethan oder einen anderen Kunststoffilm. Bei anderen nicht beschriebenen Ausführungsformen können einige oder alle dieser Oberflächen jedoch Oberflächen stationärer und bewegbarer Pumpenelemente aus beispielsweise Metall sein, die permanente Teile der Pumpe sind. Auch das Kammerelement muß nicht kreisför mig sein.In all embodiments shown in the drawings the surfaces which are in contact with the liquid to be pumped Come into contact, the inner surfaces of a disc-shaped, generally one-way circular or part-circular merelements with an inlet and an outlet and from one flexible but essentially not stretchable or not stretchable material made such. B. polyethylene, polyurethane ethane or another plastic film. Not with others Embodiments described may include some or all of these Surfaces, however, are surfaces that are more stationary and movable Pump elements made of metal, for example, are permanent Are parts of the pump. The chamber element also does not have to be circular be mig.
Wie in den Fig. 1A, 1B gezeigt ist, hat die Pumpe ein Gehäuse mit einem festen Grundteil 10-1 und ein entfernbares oder angelenktes Oberteil 11-1. Das scheibenförmige Kammerelement ist mit 12-1 bezeichnet und ist zwischen dem Grundteil und dem Oberteil angeordnet. An seinem Umfang hat das Kammerelement 12- 1 eine Einlaßverbindung 13-1, und in seiner Mitte hat es eine hochstehende axiale Auslaßverbindung 14 -1.As shown in Figs. 1A, 1B, the pump has a housing having a fixed base member 10-1 and a removable or hinged top member 11-1. The disk-shaped chamber element is designated 12-1 and is arranged between the base part and the upper part. At its periphery the chamber element 12 1 has an inlet connection 13-1, and at its center it has an upstanding axial outlet connection 14 -1.
Das Element 12 -1 weist eine ringförmige Zufuhrkammer 15 -1 auf, in welche sich die Einlaßverbindung 13 -1 öffnet. Innerhalb der Zufuhrkammer befindet sich eine Pumpkammer 16 -1, die längs ihres seitlichen Randwandteiles mit der Zufuhrkammer 15 -1 durch einen Einlaßdurchgang 17 -1 in der Form einer endlosen, ringförmigen, lücken- bzw. spaltartigen Öffnung zwischen den entgegengesetzten Elementwänden in Verbindung steht. Die Pumpkammer 16 -1 steht mit der mittigen Auslaßverbindung 14 -1 durch einen Auslaßdurchgang 18 -1 in Verbindung, der auch von einem endlosen, ringförmigen Spalt gebildet ist.The element 12 -1 has an annular supply chamber 15 -1, in which the inlet connection opens 13 -1. Within the supply chamber is a pump chamber 16 -1, which along with the supply chamber 15 -1 through an inlet passage 17 -1 in the form of an endless, annular their side edge wall portion, other gaps or gap-like opening between the opposed element walls is in communication. The pumping chamber 16 communicates with the central outlet connection -1 14 -1 -1 18 through an outlet passage in communication, which is also formed by an endless annular gap.
Das Element 12 -1 kann aus beliebigem flexiblem Material herge stellt sein, welches die Eigenschaften besitzt, welche für die spezielle Benutzung der Pumpe in dem jeweiligen besonderen Falle erforderlich sind. Natürlich sollte das Material mit der zu pumpenden Flüssigkeit verträglich und ausreichend flexibel, dauerhaft und schwierig zu dehnen bzw. zu verlängern sein, um den Druck und die mechanische und - wenn es der Fall ist - thermische Beanspruchung, der es ausgesetzt ist, auszuhalten.The element 12 -1 may be made of any flexible material Herge provides be, which has the properties which are required for the particular use of the pump in each particular case. Of course, the material should be compatible with the fluid being pumped and sufficiently flexible, durable and difficult to stretch or elongate to withstand the pressure and mechanical and, if it is, thermal stress to which it is subjected.
Das Gehäusegrundteil 10 -1 stützt verschiedene bewegliche Bestandteile, auf welchen das Element 12 -1 ruht und welche das Pumpen durch ihre wiederholten oder zyklischen Bewegungen zustandebringt. Diese Bestandteile weisen ein mittig angeordne tes Auslaßventilteil 20 -1 auf, welches dazu dient, den Auslaß durchgang 18 -1 zu öffnen und zu schließen, um die Strömung zwischen der Pumpkammer 16 -1 und der Auslaßverbindung 14 -1 zu ermöglichen. Das Auslaßventilteil ist vertikal parallel zur Mittelpumpenachse 21 -1 bewegbar, um auf seine Aufwärtsbewegung hin die entgegengesetzten Elementwände gegen das Gehäuseoberteil 11 -1 zu quetschen und dadurch den Auslaßdurchgang 18 -1 zu schließen, und um nach seiner Abwärtsbewegung den Elementwänden die Möglichkeit zu geben, sich wegzubewegen, so daß der Auslaß durchgang geöffnet wird. Die Bewegungen des Auslaßventilteils 20 -1 werden von einem Hebel 22 -1 abgeleitet, der seinerseits von einem Nocken oder einem anderen (nicht gezeigten) geeigneten Antriebsteil und einem zugeordneten Motor betätigt wird.The housing base 10 -1 supports various movable components on which the element 12 -1 rests and which brings about the pumping by their repetitive or cyclical movements. These components have a centrally arranged outlet valve part 20 -1 , which serves to open and close the outlet passage 18 -1 to allow the flow between the pump chamber 16 -1 and the outlet connection 14 -1 . The outlet valve member is movable vertically parallel to the central pump axis 21 -1 to give up its upward movement towards the opposite element walls against the housing top part 11 -1 to squeeze and thereby close the outlet passage 18 -1, and according to its downward movement the element walls the possibility move away so that the outlet passage is opened. The movements of the outlet valve member 20 -1 are derived from a lever 22 -1, which is actuated in turn by a cam or other suitable drive member (not shown) and an associated engine.
Es gibt auch ein Einlaßquetschventilteil 23 -1, welches in ähnlicher Weise wie das Auslaßventilteil 22 -1 arbeitet, um den Einlaßdurchgang 17 -1 zu öffnen und zu schließen. Das Einlaßven tilteil 23 -1 ist ringförmig, und seine Aufwärts- und Abwärtsbe wegungen werden von einem Hebel 24 -1 abgeleitet, der seinerseits synchron zum Hebel 22 -1 von einem motorgetriebenen Nocken (der nicht gezeigt ist) betätigt wird.There is also a Einlaßquetschventilteil 23 -1, which operates in a similar manner as the outlet valve member 22 -1 to the inlet passage to open and close 17 -1. The Einlaßven tilteil 23 -1 is annular, and its upward and downward movements are derived from a lever 24 -1 , which in turn is operated in synchronism with the lever 22 -1 by a motor-driven cam (not shown).
Zwischen den Ventilteilen 20 -1 und 23-1 und gegenüber der Pumpkammer 16 -1 ist ein ringförmiges Verdrängungsteil 25 -1 vorgesehen, welches vertikal nach oben und unten mittels eines Hebels 26 -1 und eines von einem Motor angetriebenen Nockens (der nicht dargestellt ist) in ähnlicher Weise wie die Ventilteile bewegt wird, und zwar synchron damit. Das Verdrängungsteil 25- 1 dient nach seiner Aufwärtsbewegung dazu, die untere Pumpkam merwand zu verdrängen und dadurch das Volumen der Pumpkammer 18- 1 zu verringern, und nach seiner Abwärtsbewegung die Ausdehnung der Pumpkammer zu ermöglichen, sobald Fluid in die Pumpkammer stromt.Between the valve parts 20 -1 and 23-1 and opposite the pump chamber 16 -1 there is an annular displacement part 25 -1 which is vertically up and down by means of a lever 26 -1 and a cam driven by a motor (which is not shown) ) in a similar manner to how the valve parts are moved, in synchronism with it. The displacement part 25 1 is used by its upward movement to the lower Pumpkam chamber wall to displace and thereby reduce the volume of the pumping chamber 18- 1, and to allow the expansion of the pump chamber to its downward motion as soon as fluid stromt in the pump chamber.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 1A und 1B gibt es auch ein Paar von Rollen bzw. Walzen 27 -1, die unter der Zufuhrkammer 15- 1 des Elementes 12 -1 angeordnet und mit dieser in Eingriff sind. Im Betrieb der Pumpe kreisen diese Rollen, von denen es mehr als zwei geben kann, am Umfang längs der Zufuhrkammer durch nicht gezeigte Einrichtungen, um die ganze Flüssigkeit in der Zufuhr kammer in konstanter Bewegung zu halten. Ein solches Umrühren der Flüssigkeit kann notwendig oder bei gewissen Anwendungen vorteilhaft sein, z. B. wenn die Flüssigkeit Blut ist.There is in the embodiments of Figs. 1A and 1B, a pair of rollers 27 -1, which the element 12 -1 disposed below the feed chamber 15 1 and are engaged therewith. In operation of the pump, these rollers, of which there may be more than two, circle the circumference along the feed chamber by means not shown, in order to keep all the liquid in the feed chamber in constant motion. Such stirring of the liquid may be necessary or advantageous in certain applications, e.g. B. if the liquid is blood.
Im Betrieb der Pumpe arbeitet die Zufuhrkammer 15 -1 als ein Reservoir, dessen Volumen in Abhängigkeit von der hereinkommen den Strömung geändert wird und welches kontinuierlich Flüssig keit unter relativ geringem Druck durch die Einlaßverbindung 13- 1 aufnimmt. In der in Fig. 1A gezeigten Phase des Pumpenzyklus, wo der Einlaßdurchgang 17 -1 offen ist und das Verdrängungsteil 25 -1 sich nach unten bewegt oder seine unterste Position gerade erreicht hat, strömt Flüssigkeit aus der Zufuhrkammer 15 -1 in die Pumpkammer 16 -1 durch den Einlaßdurchgang 17 -1. Das Füllen der Pumpkammer kann sehr schnell erfolgen, denn der Einlaßdurch gang ist sehr lang, d. h. er hat eine sehr große Umfangsausdeh nung, und kann über eine relativ erhebliche Höhe leicht geöffnet werden. Mit anderen Worten kann der Einlaßdurchgang gut geöffnet werden, um eine sehr große Querschnittsfläche für die Strömung zu bieten. Da auch die Zufuhrkammer und der Einlaßdurchgang den größten Teil oder den ganzen Umfang der Pumpkammer umgeben und Fluid radial aus allen Richtungen eintritt, ist die Füllänge, d.h. der Abstand, um welchen die Flüssigkeit strömen muß, um die Pumpkammer zu füllen, kurz und gerade, wodurch die Strömung in die Pumpkammer hinein sehr schnell und im wesentlichen ohne Druckverlust erfolgen kann. Pumpen mit ringförmigen Kammern können große Kapazitäten haben und doch kurze Füllzeiten infolge der großen Fläche des Einlaßdurchganges und der kurzen Füllänge.In operation of the pump, the supply chamber 15 -1 functions as a reservoir whose volume is changed depending on the flow coming in the liquid and which continuously ness under relatively low pressure through the inlet connection 1 accommodates 13-. In the phase of the pump cycle shown in FIG. 1A, where the inlet passage 17 -1 is open and the displacement part 25 -1 has moved down or has just reached its lowest position, liquid flows from the supply chamber 15 -1 into the pump chamber 16 - 1 through the inlet passage 17 -1 . The filling of the pump chamber can be done very quickly because the inlet passage is very long, ie it has a very large extent, and can be opened easily over a relatively considerable height. In other words, the inlet passage can be opened well to provide a very large cross-sectional area for the flow. Since the supply chamber and the inlet passage also surround most or all of the circumference of the pump chamber and fluid enters radially from all directions, the filling length, ie the distance by which the liquid has to flow in order to fill the pump chamber, is short and straight. whereby the flow into the pumping chamber can take place very quickly and essentially without pressure loss. Pumps with annular chambers can have large capacities and yet short filling times due to the large area of the inlet passage and the short filling length.
Das Füllen der Pumpkammer 16 -1 erfolgt im wesentlichen "passiv" - es erfolgt im wesentlichen nur unter der Tätigkeit des hydrostatischen Kopfdruckes, der in der Zufuhrkammer 15 -1 am Einlaßdurchgang 17 -1 herrscht, denn innerhalb der Pumpkammer wird kein Saugen erzeugt als direkte Folge der Abwärtsbewegung des Verdrängungsteils 25 -1; das Verdrängungsteil hat keine kraftübertragende Verbindung mit dem Element 12 -1, welches in der Expansionsrichtung der Pumpkammer (abwärts) wirksam ist. The filling of the pumping chamber 16 -1 is essentially "passive" - it takes place essentially only under the action of the hydrostatic head pressure prevailing in the supply chamber 15 -1 at the inlet passage 17 -1, because within the pump chamber no suction is produced as a direct Consequence of the downward movement of the displacement part 25 -1 ; the displacement member has no force-transmitting connection with the element 12 -1, which is effective in the direction of expansion of the pump chamber (downwardly).
Es liegt im Rahmen der Erfindung, einen Einfluß auf das Füllen dadurch auszuüben, daß der Druck innerhalb eines Gaskörpers, welcher die Pumpkammer umgibt, während des Pumpzyklus in besonderer Weise sich zu verändern veranlaßt wird. Es ist auch möglich, einen Einfluß auf das Füllen dadurch auszuüben, daß man den Einlaß oder die Zufuhrkammer einem Außendruck unterwirft.It is within the scope of the invention to influence the filling by exerting the pressure within a gas body, which surrounds the pumping chamber during the pumping cycle in is caused to change in a special way. It is also possible to exert an influence on the filling by: subjects the inlet or supply chamber to external pressure.
Wie in Fig. 1B gezeigt ist, wird der Einlaßdurchgang 17 -1 dann durch eine Aufwärtsbewegung des Einlaßventilteils 23 -1 geschlos sen, und der Auslaßdurchgang 18 -1 wird durch eine Abwärtsbewe gung des Ventilteils 20 -1 geöffnet. Dann wird das Verdrängungs teil 25 -1 nach oben bewegt, um die untere Wand der Pumpkammer nach oben zu verdrängen bzw. zu verschieben und dadurch die Flüssigkeit in der Pumpkammer 16 -1 durch den Auslaßdurchgang 18- 1 und die Auslaßverbindung 14 -1 auszutreiben. Inzwischen wird die Zufuhrkammer 15 -1 aus dem Einlaßanschluß 13 -1 nachgefüllt. Der Auslaßdurchgang 18 -1 wird dann geschlossen, das Verdrän gungsteil 25 -1 wird nach unten zurückgezogen, und der Einlaß durchgang 17 -1 wird wieder geöffnet, so daß ein anderer Pumpen zyklus ausgeführt werden kann.As shown in Fig. 1B, the inlet passage 17 -1 is then closed by an upward movement of the inlet valve member 23 -1 , and the outlet passage 18 -1 is opened by a downward movement of the valve member 20 -1 . Then, the displacement part 25 -1 is moved upward to the lower wall of the pumping chamber to displace upward or to move and thereby to expel the liquid in the pump chamber 16 through the outlet passage 18 -1 1 and the outlet connection 14 -1. Meanwhile the supply chamber is replenished from the inlet connection 13 -1 15 -1. The outlet passage 18 -1 is then closed, the displacement part 25 -1 is withdrawn downward, and the inlet passage 17 -1 is opened again, so that another pumping cycle can be carried out.
Ein Merkmal der beschriebenen Pumpe beruht in der Kombination des ringförmigen Einlaßdurchganges 17 -1, des ringförmigen Auslaßdurchganges 18 -1 und der kurzen Füllänge, welche ein sehr schnelles Füllen der Pumpkammer erlaubt, selbst wenn der Druck auf der Einlaßseite sehr gering ist, und ein sehr schnelles Entleeren der Pumpkammer erlaubt. Die Pumpe kann deshalb ein großes Flüssigkeitsvolumen pro Zeiteinheit mit geringen Innen verlusten und entsprechend mit einer sehr hohen Leistung pumpen. Solange die hereinkommende Strömung zur Pumpe die Fließgeschwin digkeit nicht übersteigt, welche dem Produkt des Maximalhubvolu mens und der Hubgeschwindigkeit entspricht, paßt die Pumpe mittels ihrer Selbstregulierung das zu pumpende Volumen für jeden Hub an die hereinkommende Strömung an. Innerhalb eines recht weiten Bereiches von hereinkommenden bzw. Zuströmungsge schwindigkeiten durch die Einlaßverbindung 13 -1 schafft deshalb die Pumpe einen kontinuierlichen Zustrom, der frei von Druckpul sieren und Unterbrechungen ist. Wenn die Zuströmung die Fließge schwindigkeit überschreiten sollte, welche dem vorgenannten Produkt entspricht, kann die Geschwindigkeit oder Hubgeschwin digkeit der Pumpe erhöht werden. Wegen der kleinen inneren Verluste kann die Hubgeschwindigkeit auf hohe Niveaus angehoben werden.A feature of the described pump resides in the combination of the annular inlet passage 17 -1, the annular outlet passage 18 -1 and the short filling length, which allows a very rapid filling of the pump chamber, even when the pressure on the inlet side is very low, and a very rapid emptying of the pump chamber allowed. The pump can therefore pump a large volume of liquid per unit of time with low internal losses and accordingly pump with a very high output. As long as the incoming flow to the pump does not exceed the flow speed, which corresponds to the product of the maximum stroke volume and the stroke speed, the pump adjusts the volume to be pumped for each stroke to the incoming flow by means of its self-regulation. Within a fairly wide range of incoming or Zuströmungsge speeds therefore through the inlet connection 13 -1, the pump provides a continuous influx of free Sieren of Druckpul and interruptions. If the inflow should exceed the flow rate corresponding to the above product, the speed or stroke speed of the pump can be increased. Because of the small internal losses, the lifting speed can be increased to high levels.
Ein weiteres Merkmal, welches bei der beschriebenen Pumpe und auch bei den zu beschreibenden Pumpen vorhanden ist und welches dazu beiträgt, die Pumpkammer 16-1 schnell zu füllen, beruht auf der Schaffung einer volumetrischen Kapazität bzw. eines Fas sungsvermögens der Zufuhrkammer 15 -1, welches ausreichend groß ist - vorzugsweise im wesentlichen größer als das der Pumpkammer 16 -1 - um ein Füllen der Pumpkammer 16 -1 sicherzustellen, ohne daß es notwendig ist, die Zufuhrkammer 15 -1 während des Füllens der Pumpkammer im wesentlichen wieder zu füllen. Deshalb ist die ganze Flüssigkeit, welche während der Füllphase des Pumpenzyklus in die Pumpkammer 16 -1 eintritt, unmittelbar dicht am Einlaß durchgang 17 -1 zur Verfügung, wenn die Füllphase beginnt.Another feature to be described, which pump is present in the described pump as well as in the and which helps to fill the pump chamber 16-1 quickly, based on the creation of a volumetric capacity or a Fas sungsvermögens the supply chamber 15 -1, which is sufficiently large - preferably substantially larger than that of the pumping chamber 16 -1 - a filling of the pump chamber 16 -1 ensure without it being necessary to fill the supply chamber 15 -1 during the filling of the pumping chamber is substantially again. Therefore, all the liquid which enters the pump chamber 16 -1 during the filling phase of the pump cycle, immediately close to the inlet passage 17 -1 available when the filling phase commences.
Das Element 12 -1 ist im Pumpengehäuse 10 -1/11-1 derart angeord net, daß sich die Zufuhrkammer 15 -1 ausdehnen und in weiten Grenzen frei zusammenziehen kann in Abhängigkeit von dem Zustrom der Flüssigkeit zur Zufuhrkammer bzw. der Abströmung von Flüssigkeit aus der Zufuhrkammer zur Pumpkammer 16 -1.The element 12 -1 is arranged in the pump housing 10 -1 / 11-1 in such a way that the feed chamber 15 -1 can expand and contract freely within wide limits depending on the inflow of liquid to the feed chamber or the outflow of liquid the supply chamber to the pump chamber 16 -1 .
Die Ausführungsform der Fig. 2A und 2B unterscheidet sich von der der Fig. 1A und 1B nur darin, daß die Rollen bzw. Walzen 27 -1 weggelassen sind und die Zufuhrkammer 15-2 zur Atmosphäre hin offen ist. Deshalb wird der Druck, unter welchem das Füllen der Pumpkammer 16-2 erfolgt, durch die Niveaudifferenz zwischen dem Einlaßdurchgang 17 -2 und der freien Flüssigkeitsoberfläche in der Zufuhrkammer bestimmt.The embodiment of FIGS. 2A and 2B differs from that of FIG. 1A and 1B only in that the rollers 27 -1 are omitted and the supply chamber 15-2 is open to the atmosphere. Therefore, the pressure under which the filling of the pump chamber 16-2 takes place is, and the free liquid surface is determined in the supply chamber by the difference in level between the inlet passage 17 -2.
Bei der Ausführungsform der Fig. 3A und 3B ist die Zufuhrkam mer 15 -3 offen wie in den Fig. 2A und 2B. Einwegeklappen oder Lippenventile 23 -3 bzw. 20-3 sind im Einlaßdurchgang 17 -3 bzw. dem Auslaßdurchgang 18 -3 vorgesehen. Entsprechend sind die bewegbaren Quetschventilteile in den ersten zwei Ausführungsfor men durch Teile des Gehäuseteils 10 -3 ersetzt, welche das Kammerelement stützen und die Durchgänge 17 -3 und 18-3 bilden. Jedes Ventil 23 -3, 20-3 ist aus zwei ringförmigen, axial gegenüberliegenden Klappen aus flexiblem Material (z. B. Kunst stoff) gebildet, welches auch etwas elastisch sein kann, deren Außenkanten dichtend an den entsprechenden gegenüberliegenden Elementwänden im Einlaßdurchgang 17 -3 (z. B. durch Wärmesiegeln) angebracht sind und die frei sind, sich zu deformieren, und sich deshalb an ihren Innenkanten nach oben und unten verschie ben können.In the embodiment of Fig. 3A and 3B, the Zufuhrkam mer -3 15 is open as shown in Figs. 2A and 2B. One-way flaps or lip valves 23 -3 or 20-3 are provided in the inlet passage 17 -3 or the outlet passage 18 -3 . Accordingly, the movable pinch valve parts in the first two Ausführungsfor men are replaced by parts of the housing part 10 -3 , which support the chamber element and form the passages 17 -3 and 18-3 . Each valve 23 -3, 20-3 is formed of two annular, axially opposed flaps of flexible material (eg. As plastic) is formed, which also may be somewhat elastic, their outer edges sealed to the respective opposite element walls in the inlet passage 17 -3 (e.g. by heat sealing) which are free to deform and can therefore move up and down on their inner edges.
Wenn die Flüssigkeit im Einlaßdurchgang oder im Auslaßdurchgang einwärts strömt, werden die Klappen im Abstand gehalten, ohne merklich der Flüssigkeitsströmung zu widerstehen bzw. entgegen zustehen, sobald aber die Flüssigkeit die Neigung hat, in die entgegengesetzte Richtung zu fließen, schließen die Klappen den Durchgang und blockieren die Strömung. Sofern die Klappen elastisch sind, ist ihre Elastizität nicht so hoch, daß sie nicht in der Lage sind, in zuverlässiger Weise den auftretenden Drücken zu widerstehen, und es besteht deshalb keine Gefahr, daß die Klappen sich in die falsche Richtung drehen. Wenn der Betriebsdruck der Pumpe hoch ist, können die Klappen mit einem geeigneten Material verstärkt werden, z. B. Glasfasern, um sie am Umkippen bzw. Umklappen oder Invertieren zu hindern.If the liquid in the inlet passage or in the outlet passage Flows inwards, the flaps are kept at a distance without noticeably resist or oppose the liquid flow as soon as the liquid has the tendency into the to flow in the opposite direction, the flaps close the Passage and block the flow. Unless the flaps are elastic, their elasticity is not so high that they are unable to reliably occur To withstand pressure and there is therefore no risk that the flaps turn in the wrong direction. If the Operating pressure of the pump is high, the flaps can suitable material are reinforced, e.g. B. glass fibers to them on To prevent tipping over or folding over or inverting.
Die Klappen können so ausgestaltet sein, daß sie mittels ihrer Elastizität, der anfänglichen Gestalt oder auf andere Weise dazu beitragen, die Strömung der Flüssigkeit zu beschleunigen, sobald sie geöffnet werden. Ferner können sie zur geschlossenen oder offenen Position hin etwas vorgespannt sein.The flaps can be designed so that by means of their Elasticity, the initial shape or otherwise help to accelerate the flow of the liquid as soon as they are opened. Furthermore, they can be closed or be slightly biased towards the open position.
Bei einer modifizierten Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, kann eines der Ventile oder können beide Ventile ein Quetschven til der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art mit einer Klappe kombinieren. In einem solchen Falle ist das Quetschventil vorzugsweise angeordnet, um den zugeordneten Durchgang nur unvollständig zu schließen und es einer Klappe zu überlassen, das Schließen zu vervollständigen.In a modified embodiment, not shown, one or both of the valves can combine a pinch valve of the type shown in FIGS. 1 and 2 with a flap. In such a case, the pinch valve is preferably arranged in order to only partially close the assigned passage and to leave it to a flap to complete the closing.
Wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, sind die Klappenven tile durch ein Klappenelement gebildet, welches von den Kammer elementwänden separat ist. Die Klappen können jedoch in vorteil hafter Weise auch aus einer Falte in der Lage oder im Filmmate rial gebildet sein, aus welchem das Element hergestellt ist, wobei das Bilden dieser Falte während der Herstellung des Kammerelementes erfolgt. Die zuletzt erwähnte Ausgestaltung eignet sich selbst zur Herstellung mittels bekannter Techniken für die Herstellung von Elementen und anderen Kunststoffgegen ständen (Vakuumformen und Spritzformen). Dieselbe Gestaltung kann auch bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen verwendet bzw. dort aufgenommen werden.As shown in FIGS. 3A and 3B, the Klappenven tile are formed by a flap element, which is separate from the chamber element walls. However, the flaps can advantageously be formed from a fold in the position or in the film material from which the element is made, the formation of this fold taking place during the manufacture of the chamber element. The last-mentioned embodiment is itself suitable for production by means of known techniques for the production of elements and other plastic objects (vacuum molding and injection molding). The same design can also be used or incorporated in the embodiments described below.
Die in den Fig. 4A und 4B gezeigte Ausführungsform ist ähnlich der der Fig. 1A und 1B mit der Ausnahme, daß das Auslaßventil in der Form eines Einwegeventiles 20 -4 vom Klappen oder Lippentyp und in der Auslaßverbindung 14 -4 angeordnet ist, und dadurch, daß das Verdrängungsteil 25 -4 scheiben- oder plattenförmig (pilzartig) gestaltet ist. In diesem Falle ist die Pumpkammer 16 -4 in Draufsicht scheibenförmig statt ringförmig, wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Auch wird der Auslaßdurchgang 18 -4 (Fig. 4B) nur in der Nähe des Endes des Pumphubes gebildet, was bezüglich der Form und Funktion etwas unterschiedlich gegenüber den vorherigen Ausführungsformen ist.The embodiment shown in Figs. 4A and 4B is similar to that of Figs. 1A and 1B except that the exhaust valve is arranged in the form of a one-way valve 20 -4 of flap or lip type and in the exhaust connection 14 -4 , and thereby that the displacement part 25 -4 is disc or plate-shaped (mushroom-like). In this case, the pump chamber 16 -4 is disk-shaped instead of ring-shaped in plan view, as in the previous embodiments. Also, the outlet passage 18 -4 ( Fig. 4B) is only formed near the end of the pump stroke, which is slightly different in shape and function from the previous embodiments.
Die in den Fig. 5A und 5B gezeigte Ausführungsform unter scheidet sich von der der Fig. 4A und 4B dadurch, daß die Rollen bzw. Walzen für das Umrühren der Flüssigkeit in der Zufuhrkammer 15 -5 weggelassen sind, dadurch, daß das Einlaßven til 23 -5 eine einzige Ringklappe aus flexiblem Material auf weist, die längs ihrer Außenkante an der unteren Elementwand angebracht und zu einer Position bewegbar ist in dichtendem Eingriff mit der oberen Elementwand unter der Wirkung des Druckes innerhalb der Pumpkammer 16 -5 und dadurch, daß das Ventil in der Auslaßleitung weggelassen ist.The embodiment shown in FIGS. 5A and 5B differs from that of FIGS. 4A and 4B in that the rollers for stirring the liquid in the supply chamber 15 -5 are omitted, in that the inlet valve 23rd -5 has a single flap made of flexible material which is attached along its outer edge to the lower element wall and is movable to a position in sealing engagement with the upper element wall under the action of the pressure within the pumping chamber 16 -5 and thereby that the valve is omitted in the outlet line.
Man hat gefunden, daß ein Ventil, welches sich schließt, um die Rückströmung in der Auslaßleitung zu blockieren, in gewissen Fällen nicht erforderlich ist, nämlich wenn die Pumpe bei hohen Hubgeschwindigkeiten arbeitet. In solchen Fällen ist das Moment des herausgehenden Flüssigkeitsstromes ausreichend, um ein Füllen der Pumpkammer 16 -5 durch den Einlaßdurchgang 17 -5 zu erlauben, selbst wenn die Pumpkammer während des Ansaugens an der Auslaßseite offen ist.It has been found that a valve which closes to block the backflow in the outlet line is not required in certain cases, namely when the pump is operating at high stroke speeds. In such cases, the moment of the outgoing liquid flow is sufficient to allow the pumping chamber 16 -5 to be filled through the inlet passage 17 -5 even if the pumping chamber is open on the outlet side during suction.
Die Fig. 6A und 6B zeigen eine Ausführungsform, die ähnlich der der Fig. 5A und 5B ist mit Ausnahme der Positionierung und Gestaltung des Auslaßdurchganges 18 -6, der Auslaßverbindung 14-6 und des zugeordneten Auslaßventiles 20 -6. FIGS. 6A and 6B show an embodiment similar to that of FIGS. 5A and 5B, except for the positioning and design of the outlet passage 18 -6, the outlet connection 14-6 and the associated outlet valve 20 -6.
Die Auslaßverbindung 14 -6 ist in diesem Falle radial und ist diametral gegenüber der Einlaßverbindung 13 -6 angeordnet. Entsprechend ist ihr aufstromiges Ende am Umfang der Pumpkammer 16 -6 angeordnet und erstreckt sich wie die Einlaßverbindung 13- 6 radial nach außen. Infolgedessen ist ein Teil, aber nur ein Teil, des Umfanges des Elementes für die Zufuhrkammer 15 -6 und den Einlaßdurchgang 17 -6 nicht benutzt, aber letzterer kann noch sehr lang sein.The outlet connection 14 -6 is radial in this case and is arranged diametrically opposite the inlet connection 13 -6 . Accordingly, its upstream end is arranged on the circumference of the pump chamber 16 -6 and, like the inlet connection 13- 6, extends radially outwards. As a result, part, but only part, of the circumference of the element is not used for the feed chamber 15 -6 and the inlet passage 17 -6 , but the latter can still be very long.
Bei dieser Ausführungsform ist das Auslaßventil 20 -6 eine Klappe oder Lippe ähnlich dem Einlaßventil 26 -3, und wie letzteres wird es an einer Wand des Auslaßdurchganges 18 -6 befestigt, der an der Verbindung zwischen der Pumpkammer 16 -6 und der Zufuhrkammer 15 -6 angeordnet ist (siehe Fig. 6C, die eine Draufsicht des Kammerelementes 12 -6 ist).In this embodiment, the outlet valve 20 -6 is a flap or lip similar to the inlet valve 26 -3 , and like the latter it is attached to a wall of the outlet passage 18 -6 , which is at the connection between the pump chamber 16 -6 and the supply chamber 15 - 6 is arranged (see Fig. 6C, which is a plan view of the chamber element 12 -6 ).
Bei der in den Fig. 6A, 6B und 6C gezeigten Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, den Bereich der Zufuhrkammer 15 -6 neben der Auslaßverbindung zu blockieren oder zu schließen. Die Wand der Zufuhrkammer sollte dann derart ausgestaltet sein, daß keine Taschen gebildet sind, in welchen die zu pumpende Flüssig keit stagnieren oder gezwungen werden könnte, abrupten Fließ richtungsänderungen unterworfen zu werden, um den Auslaßdurch gang zu erreichen.In the embodiment shown in FIGS. 6A, 6B and 6C, it may be advantageous to block or close the area of the feed chamber 15 -6 next to the outlet connection. The wall of the feed chamber should then be designed such that no pockets are formed in which the liquid to be pumped stagnates or may be forced to undergo abrupt flow direction changes in order to reach the outlet passage.
Die Auslaßverbindung 14 -6 der Ausführungsform der Fig. 6A, 6B, 6C muß nicht notwendigerweise mit der Einlaßverbindung in Flucht liegen, kann aber einen kleineren oder größeren Winkel damit einschließen. Gegebenenfalls können die zwei Verbindungen sogar Seite an Seite und im wesentlichen parallel angeordnet werden. Es ist jedoch wesentlich, daß der Einlaßdurchgang 17 -6 und sein Ventil sich über den Hauptteil des Umfanges der Pumpkammer erstrecken.The outlet connection 14 -6 of the embodiment of FIGS . 6A, 6B, 6C need not necessarily be in alignment with the inlet connection, but may include a smaller or larger angle therewith. If necessary, the two connections can even be arranged side by side and essentially in parallel. However, it is essential that the inlet passage 17 -6 and its valve extend over the major part of the circumference of the pumping chamber.
Die Fig. 7A, 7B und 7C zeigen eine Ausführungsform, in welcher ein Teil der ringförmigen Zufuhrkammer 15 -7 dichter an der Mitte des Elementes angeordnet ist als der spaltartige Einlaßdurchgang 17 -7. In diesem Falle ist der Antriebsmechanis mus des Verdrängungsteils 25 -7 ein - im einzelnen nicht gezeig ter - Schraubspindelmechanismus mit Kugellager, dessen Schrau benspindel eine drehfeste Verbindung mit dem Rotor 28 -7 eines Elektromotors hat, der im Grundteil 10 -7 des Pumpengehäuses angeordnet ist. FIGS. 7A, 7B and 7C show an embodiment is arranged in which a part of the annular supply chamber 15 -7 closer to the center of the element than the gap-like inlet passage 17 -7. In this case, the drive mechanism of the displacement part 25 -7 is a - not shown in detail - screw mechanism with ball bearing, the screw spindle of which has a rotationally fixed connection to the rotor 28 -7 of an electric motor, which is arranged in the base part 10 -7 of the pump housing .
Aus einem Vergleich der Fig. 7A, 7B, 7C miteinander wird klar, daß die Bewegung des Verdrängungsteils 25 -7 bei dieser Ausführungsform einen direkten Einfluß auf die Gestalt und das Volumen der Zufuhrkammer hat. Sobald also das Verschiebe- bzw. Verdrängungsteil sich nach unten bewegt ("abfällt") siehe Fig. 7A, nimmt das Volumen der Zufuhrkammer ab, denn das Verdrän gungsteil läßt die Zufuhrkammer zusammenfallen, siehe Fig. 7C. Die Flüssigkeit in der Zufuhrkammer strömt dann in die Pumpkam mer 16 -7 zusammen mit der Flüssigkeit, welche durch die Einlaß verbindung 13 -7 in die Pumpe eintritt. Sobald das Verdrängungs teil nach oben getrieben wird und dadurch das Volumen der Pumpkammer verringert, siehe Fig. 7B, wird die Zufuhrkammer vergrößert, und gleichzeitig wird das Einlaßventil 23 -7 ge schlossen. Die Flüssigkeit, die dann über die Einlaßverbindung eintritt, wird in der Zufuhrkammer aufgenommen und strömt dann nach der folgenden Abwärtsbewegung des Verdrängungsteils in die Pumpkammer, wie beschrieben.It is clear from a comparison of FIGS. 7A, 7B, 7C that the movement of the displacement part 25 -7 in this embodiment has a direct influence on the shape and the volume of the feed chamber. As soon as the displacement part moves downward (“falls off”), see FIG. 7A, the volume of the supply chamber decreases, because the displacement part makes the supply chamber collapse, see FIG. 7C. The liquid in the supply chamber then flows into the Pumpkam mer 16 -7 together with the liquid passing through the inlet connection 13 -7 in the pump occurs. As soon as the displacement part is driven upwards and thereby the volume of the pump chamber is reduced, see FIG. 7B, the feed chamber is enlarged, and at the same time the inlet valve 23 -7 is closed. The liquid which then enters via the inlet connection is received in the feed chamber and then flows into the pump chamber after the subsequent downward movement of the displacement part, as described.
Die in den Fig. 7A, 7B, 7C gezeigte Ausführungsform hat auch eine Auslaßventil 20 -7, welches den Rückfluß in die Pumpkammer 16 -7 aus der Auslaßverbindung 14 -7 verhindert. Wie in den Figuren gezeigt ist, liegt die Auslaßverbindung parallel zur Einlaßverbindung und ist dieser diametral gegenüber angeordnet, aber es können auch andere Ausrichtungen und Positionen in Betracht gezogen werden.The embodiment shown in Figs. 7A, 7B, 7C also has an outlet valve 20 -7 which prevents backflow into the pump chamber 16 -7 from the outlet connection 14 -7 . As shown in the figures, the outlet connection is parallel to and diametrically opposed to the inlet connection, but other orientations and positions can also be considered.
Das Auslaßventil 20 -7 ist ein Ventil mit ringförmiger Klappe, deren eine Umfangskante am Oberteil 11 -7 des Pumpengehäuses angebracht ist und dessen andere freie Umfangskante mit einem Wulstring 29 -7 versehen ist. Dieser Wulstring verstärkt die freie Klappenkante, und in der geschlossenen Position des Ventiles (Fig. 7C) steht es dichtend mit der Innenwand des Oberteils 11 -7 des Gehäuses in Eingriff. Als Alternative zu der veranschaulichten Ausgestaltung des Auslaßventiles kann ein federnd vorgespanntes, vertikal bewegbares Ventilteil vorgesehen sein, welches gegen einen ringförmigen Wandteil abdichtet, wo die Pumpkammer in die horizontale Auslaßverbindung übergeht.The outlet valve 20 -7 is a valve with an annular flap, one peripheral edge of which is attached to the upper part 11 -7 of the pump housing and the other free peripheral edge of which is provided with a bead ring 29 -7 . This bead ring reinforces the free flap edge, and in the closed position of the valve ( Fig. 7C) it is sealingly engaged with the inner wall of the upper part 11 -7 of the housing. As an alternative to the illustrated embodiment of the outlet valve, a resiliently biased, vertically movable valve part can be provided which seals against an annular wall part where the pumping chamber merges into the horizontal outlet connection.
Das Einlaßventil 23 -7 der in den Fig. 7A, 7B, 7C gezeigten Ausführungsform ist auch ein Ventil mit ringförmiger Klappe, welches am Verdrängungsteil angebracht ist und sich infolgedes sen mit diesem bewegt. Diese Anordnung führt zu einem günstigen Strömungsmuster der Flüssigkeit, welche aus der Zufuhrkammer in die Pumpkammer strömt, es liegt aber innerhalb des Rahmens der Erfindung, die Klappe gegebenenfalls am Pumpengehäuse anzubrin gen und für ihr bewegbares Teil die Anordnung so zu treffen, daß es mit dem Verdrängungsteil zusammenwirkt.The inlet valve 23 -7 of the embodiment shown in FIGS . 7A, 7B, 7C is also a valve with an annular flap which is attached to the displacement part and consequently moves with it. This arrangement leads to a favorable flow pattern of the liquid which flows from the supply chamber into the pumping chamber, but it is within the scope of the invention to attach the flap to the pump housing, if necessary, and to make the arrangement for its movable part so that it is connected to the Displacement part interacts.
Wie bei den anderen gezeigten und beschriebenen Ausführungsfor men, bei welchen das Einlaßventil ein Lippen- oder Klappenventil ist, wird der Einlaßdurchgang 17 -7 geöffnet, um die Strömung in die Pumpkammer hinein mit sehr kleinem Druckverlust zu ermögli chen, sobald der Druck aufstromig vom Ventil nur etwas den Druck auf der abstromigen Seite übersteigt. In ähnlicher Weise wird der Einlaßdurchgang sofort geschlossen, wenn der Druck in der Pumpkammer nur etwas den Druck auf der aufstromigen Seite des Ventiles übersteigt. Das schnelle Öffnen und Schließen der Klappenventile ist der ringförmigen Ausgestaltung und der folglich großen Oberfläche des Ventiles zuzuschreiben, über welches der Druck wirkt. Aus demselben Grund werden das Auslaß ventil 20 -7 und entsprechend der Auslaßdurchgang 18 -7 sofort geschlossen, wenn der Druck in der Auslaßverbindung 14 -7 den Druck in der Pumpkammer zu Beginn des Ansaughubes überschreitet. As with the other embodiments shown and described in which the inlet valve is a lip or flap valve, the inlet passage 17 -7 is opened to allow flow into the pumping chamber with very little pressure loss once the pressure is upstream from the valve only slightly exceeds the pressure on the downstream side. Similarly, the inlet passage is immediately closed when the pressure in the pumping chamber only slightly exceeds the pressure on the upstream side of the valve. The rapid opening and closing of the flap valves is due to the annular configuration and the consequently large surface area of the valve, via which the pressure acts. For the same reason, the outlet valve 20 -7 and corresponding to the outlet passage 18 -7 are closed immediately when the pressure in the outlet connection 14 -7 exceeds the pressure in the pumping chamber at the beginning of the suction stroke.
Die Fig. 8A und 8B zeigen eine Pumpe, in welcher zwei Verdrängungsteile 25-8 A, 25-8 B vorgesehen sind, die in Gegenpha se arbeiten, um die Volumina unterschiedlicher Abschnitte der Pumpkammer zu unterschiedlichen Zeiten zu verringern. FIGS. 8A and 8B show a pump in which two displacement parts 25-8 A, 25-8 B are provided, which operate in Gegenpha se to reduce the volumes of different sections of the pump chamber at different times.
Ein Verdrängungsteil 25-8 A ähnelt dem Verdrängungsteil, welches in den Fig. 4 bis 6 gezeigt ist und dient der Verringerung des Volumens eines zentralen Kammerabschnittes 16-8 A der zweiten Stufe, die ähnlich der Pumpkammer der Fig. 4 bis 6 ist und mit einer zentralen Auslaßverbindung 14-8 in Verbindung steht.A displacement part 25-8 A is similar to the displacement part shown in FIGS . 4 to 6 and serves to reduce the volume of a central chamber portion 16-8 A of the second stage, which is similar to the pump chamber of FIGS . 4 to 6 and with communicates with a central outlet connection 14-8 .
Das andere Verdrängungsteil 25-8 B ist ringförmig und konzen trisch zu dem erstgenannten zentralen Teil. Dieses ringförmige, äußere Teil dient der Reduzierung des Volumens eines ringförmi gen Pumpkammerabschnittes 16-8 B mit äußerem variablem Volumen, welcher konzentrisch zu dem mittigen Kammerabschnitt 16-8 A der zweiten Stufe mit variablem Volumen ist.The other displacement part 25-8 B is annular and concentric to the former central part. This annular outer part serves to reduce the volume of an annular pump chamber section 16-8 B with an external variable volume, which is concentric with the central chamber section 16-8 A of the second stage with variable volume.
An seiner radial inneren Seite steht der äußere Pumpkammerab schnitt 16-8 B mit dem mittigen Kammerabschnitt 16-8 A der zweiten Stufe mittels eines ringförmigen Durchganges 30-8 in Verbindung, in welchem ein Einwegeklappenventil 31-8, welches dem Klappen ventil der Fig. 3 und 5 ähnelt, vorgesehen ist, um eine Offnung zu schaffen und die Strömung in den Pumpkammerabschnitt 16-8 A zu erlauben. Dieser Durchgang bildet sowohl einen Einlaß durchgang des zentralen Pumpkammerabschnittes 16-8 A als auch einen Auslaßdurchgang des äußeren Pumpkammerabschnitt 16-8 B.On its radially inner side, the outer pump chamber section 16-8 B is connected to the central chamber section 16-8 A of the second stage by means of an annular passage 30-8 in which a one- way flap valve 31-8 , which is the flap valve of FIG. 3 and 5 is similar, provided in order to create an opening and to permit flow into the pump chamber section 16-8 a. This passage forms both an inlet passage of the central pump chamber section 16-8 A and an outlet passage of the outer pump chamber section 16-8 B.
An seiner radial äußeren Seite steht der äußere Pumpkammerab schnitt 16-8 B mit einer ringförmigen Zufuhrkanmer 15-8 in Verbindung, die ähnlich der Zufuhrkammer der Fig. 2 und 3 ist, und zwar mittels eines ringförmigen Einlaßdurchganges 17- 8 mit einem Einwegeklappenventil 23-8, welches sich öffnet, um die Strömung in den äußeren Pumpkammerteil 16-8 B zu ermöglichen, und die ähnlich aussieht wie das Klappenventil 23 -3 und 23-5 der Fig. 3 und 5.On its radially outer side, the outer pump chamber section 16-8 B is connected to an annular feed chamber 15-8 , which is similar to the feed chamber of FIGS . 2 and 3, by means of an annular inlet passage 17- 8 with a one-way flap valve 23- 8 , which opens to allow the flow into the outer pump chamber part 16-8 B and which looks similar to the flap valve 23 -3 and 23-5 of FIGS . 3 and 5.
Die zwei Verdrängungsteile 25-8 A und 25-8 B werden im wesentli chen in Gegenphase durch Mechanismen betätigt, welche den Mechanismen ähneln, die für die Betätigung des Verdrängungsteils und Quetschventiles der Fig. 4 verwendet werden. Die maximalen Volumina der Pumpkammerabschnitte und die Bewegungen der zwei Verdrängungsteile sind so gewählt, daß das Hubvolumen des äußeren Pumpkammerabschnittes 16-8 B näherungsweise das Zweifache von dem des zentralen Pumpkammerabschnittes 16-8 A ist.The two displacement parts 25-8 A and 25-8 B are essentially actuated in phase opposition by mechanisms which are similar to the mechanisms used for the actuation of the displacement part and pinch valves of FIG. 4. The maximum volumes of the pump chamber sections and the movements of the two displacement parts are selected so that the stroke volume of the outer pump chamber section 16-8 B is approximately twice that of the central pump chamber section 16-8 A.
Fig. 8A zeigt eine Phase des Betriebszyklus der Pumpe, in welchem das äußere Verdrängungsteil 25-8 B sich gerade nach unten bewegt und der äußere Pumpkammerabschnitt 16-8 B aus der Zufuhr kammer 15-8 mittels des Einlaßdurchganges 17-8 gefüllt wird, ohne daß es einen merklichen Druckabfall über den Durchgang gibt, während sich das mittige Verdrängungsteil 25-8 A der zweiten Stufe nach oben bewegt, um Flüssigkeit aus dem mittigen Kammerabschnitt 16-8 A der zweiten Stufe auszustoßen, wobei das Klappenventil 31-8 durch den Druck im Mittenkammerabschnitt in geschlossenem Zustand gehalten wird. Fig. 8A shows a phase of the operating cycle of the pump, in which the outer displacement part 25-8 B moves straight down and the outer pump chamber section 16-8 B is filled from the supply chamber 15-8 by means of the inlet passage 17-8 without that there is a noticeable pressure drop across the passageway as the second stage central displacer 25-8 A moves up to expel liquid from the second stage central chamber portion 16-8 A , with the flapper valve 31-8 driven by the pressure is kept in the closed state in the central chamber section.
In der in Fig. 8B gezeigten Phase ist die Lage der Dinge umgekehrt. Dementsprechend bewegt sich gerade das äußere Verdrängungsteil 25-8 B nach oben, um Flüssigkeit aus dem äußeren Pumpkammerabschnitt 16-8 B in den mittigen Kammerabschnitt 16-8 A der zweiten Stufe mittels des Durchganges 30-8 auszustoßen, während das mittige Verdrängungsteil 25-8 A sich nach unten bewegt und für den mittigen Kammerabschnitt 16-8 A die Möglich keit vorsieht, sich unter der Wirkung des Druckes der Flüssig keit auf seine Wände zu expandieren.In the phase shown in Fig. 8B, the situation is reversed. Accordingly, the outer displacement part 25-8 B is moving upward to discharge liquid from the outer pump chamber portion 16-8 B into the central chamber portion 16-8 A of the second stage through the passage 30-8 , while the central displacement part 25-8 A moves down and for the central chamber section 16-8 A provides the possibility to expand under the effect of the pressure of the liquid on its walls.
Das Volumen der aus dem Außenpumpkammerabschnitt während der Aufwärtsbewegung des äußeren Verdrängungsteils ausgestoßenen Flüssigkeit ist größer als die Volumenzunahme des zentralen Kammerabschnittes der zweiten Stufe. Infolgedessen wird Flüssig keit durch die Auslaßverbindung 14-8 auch in dieser Phase (Fig. 8B) des Betriebszyklus der Pumpe ausgetragen. Während der Zufluß zur Pumpkammer nur in der Phase erfolgt, in welcher sich gerade der äußere Pumpkammerabschnitt ausdehnt, geschieht das Entleeren der Pumpe im wesentlichen kontinuierlich, wie wohl mit einiger Pulsierung.The volume of the liquid ejected from the outer pumping chamber portion during the upward movement of the outer displacement part is larger than the volume increase of the central chamber portion of the second stage. As a result, liquid is discharged through the outlet connection 14-8 also in this phase ( Fig. 8B) of the operating cycle of the pump. While the inflow to the pumping chamber takes place only in the phase in which the outer pumping chamber section is expanding, the emptying of the pump takes place essentially continuously, as with some pulsation.
Die in den Fig. 9A, 9B gezeigte Ausführungsform ist in Aufbau und Betrieb ähnlich der in den Fig. 8A und 8B gezeigten mit der Ausnahme, daß der außen mit Energie versorgte Mechanismus für die wirksame Betätigung des inneren Verdrängungsteils 25-9 A in der Aufwärtsrichtung durch einen einstellbaren Federmechanis mus 26-9 A ersetzt wird, der konstant dieses Verdrängungsteil nach oben drückt. Während des Aufwärtshubes des äußeren Verdrän gungsteiles 25-9 A wird das mittige Verdrängungsteil 25-9 A der zweiten Stufe unter der Wirkung des Fluiddruckes im mittigen Kammerabschnitt 16-9 A der zweiten Stufe nach unten bewegt, wodurch der Federmechanismus 26-9 A zusammengedrückt wird, wie in Fig. 9A gezeigt ist. Während der Abwärtsbewegung des äußeren Verdrängungsteils 26-9 B bewegt die im Federmechanismus gespei cherte Energie das mittige Verdrängungsteil nach oben, wie in Fig. 9A gezeigt ist.The embodiment shown in Figs. 9A, 9B is similar in construction and operation to that shown in Figs. 8A and 8B except that the externally energized mechanism for effectively operating the inner displacer 25-9 A in the upward direction is replaced by an adjustable spring mechanism mus 26-9 A , which constantly pushes this displacement part upwards. During the upward stroke of the outer displacement part 25-9 A , the central displacement part 25-9 A of the second stage is moved down under the action of the fluid pressure in the central chamber portion 16-9 A of the second stage, whereby the spring mechanism 26-9 A is compressed as shown in Fig. 9A. During the downward movement of the outer displacement part 26-9 B , the energy stored in the spring mechanism moves the central displacement part upwards, as shown in FIG. 9A.
Die Fig. 10A, 10B sind Querschnittsansichten entsprechend den Fig. 8A, 8B und 9A, 9B, und zwar von einer weiteren Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Zweistufenpumpe, und Fig. 10C ist eine Draufsicht auf das Kammerelement dieser weiteren Ausführungsform. Figs. 10A, 10B are cross-sectional views corresponding to Fig. 8A, 8B and 9A, 9B, from a further exporting approximately the form of a two-stage pump of the invention, and FIG. 10C is a plan view of the chamber element of this further embodiment.
Die in den Fig. 10A, 10B, 10C gezeigte Pumpe weist zwei Verdrängungsteile 25-10 A und 25-10 B auf, welche in der unter Bezugnahme auf die Fig. 9A, 9B beschriebenen Weise arbeiten. Dementsprechend ist das Verdrängungsteil 25-10 B einem außen mit Energie versorgten Antriebsmechanismus zugeordnet für das wirksame oder im wesentlichen sichere Betätigen desselben in der Aufwärtsrichtung, während das Verdrängungsteil 25-10 A einem einstellbaren Federmechanismus 26-10 A zugeordnet ist, welcher es konstant nach oben drückt.The pump shown in FIGS. 10A, 10B, 10C has two displacement parts 25-10 A and 25-10 B , which operate in the manner described with reference to FIGS. 9A, 9B. Accordingly, the displacer 25-10 B is associated with an externally energized drive mechanism for effectively or substantially safely actuating the same in the upward direction, while the displacer 25-10 A is associated with an adjustable spring mechanism 26-10 A , which it constantly upwards presses.
Die zwei Verdrängungsteile 25-10 A und 25-10 B und die zugeordne ten Pumpkanmerabschnitte 16-10 A und 16-10 B des Kammerelementes 12-10 liegen horizontal versetzt zueinander, und das Einlaßven til 23-10 und das Ventil 31-10 zwischen den Pumpkammerabschnit ten sind Klappenventile ähnlich den Ventilen 23 -6 und 20-6 der Fig. 6A, 6B, 6C. Weiterhin sind gemäß Darstellung der Fig. 10C die Einlaßverbindung 13-10 und die Auslaßverbindung 14-10 Seite an Seite und im wesentlichen parallel angeordnet.The two displacement parts 25-10 A and 25-10 B and the zugeordne th pump chamber sections 16-10 A and 16-10 B of the chamber element 12-10 are horizontally offset from one another, and the inlet valve 23-10 and the valve 31-10 between the pump chamber sections are flap valves similar to valves 23 -6 and 20-6 of FIGS. 6A, 6B, 6C. Further illustration of 10C, the inlet connection 13-10 and the outlet connection are shown in FIGS. 14-10 arranged side by side and substantially parallel.
Mit Ausnahme der unterschiedlichen Strömungsmuster, die sich aus der horizontal versetzten Anordnung der Kammerabschnitte ergibt, arbeitet die Pumpe der Fig. 10A, 10B, 10C im wesentlichen auf dieselbe Weise wie die Pumpe der Fig. 9A, 9B.Except for the different flow patterns resulting from the horizontally staggered arrangement of the chamber sections, the pump of FIGS. 10A, 10B, 10C operates in essentially the same manner as the pump of FIGS. 9A, 9B.
Bei den oben veranschaulichten und beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sind die Pumpkammer 16 und die Zufuhrkammer 15 des Kammerelementes kreisförmig oder haben die Gestalt eines kreisförmigen Ringes, und wie man leicht verstehen kann, haben die mechanischen Pumpbestandteile entsprechende Gestaltung. Diese Gestalt ist normalerweise bevorzugt, und zwar sowohl hinsichtlich der Fluidströmung als auch der Herstellung, es liegt aber im Rahmen der Erfindung, daß die Pumpe auch unter schiedliche bzw. andere Gestaltung haben kann, wie z. B. mehr oder weniger oval oder eine andere längliche Ausgestaltung. Eine längliche Konfiguration kann insbesondere im Falle der Fig. 6A, 6B, 6C beabsichtigt sein, wo der Einlaß und der Auslaß in Flucht liegen.In the exemplary embodiments illustrated and described above, the pumping chamber 16 and the supply chamber 15 of the chamber member are circular or in the shape of a circular ring, and as can be easily understood, the mechanical pumping components are appropriately designed. This shape is usually preferred, both with regard to the fluid flow and the production, but it is within the scope of the invention that the pump can also have different or different design, such as. B. more or less oval or another elongated configuration. An elongated configuration may be particularly intended in the case of Figures 6A, 6B, 6C where the inlet and outlet are in alignment.
Ferner können bei den Ausführungsformen nach Fig. 8A und 8B sowie den Fig. 9A, 9B die mittigen Verdrängungsteile 25-8 A, 25-9 A ringförmig sein wie die äußeren Teil 25-8 B, 25-9 B. Der offene Raum innerhalb des mittigen ringförmigen Verdrängungstei les kann dann Bestandteile des Pumpenantriebsmechanismus beispielsweise aufnehmen, oder er kann für andere Zwecke benutzt werden. Wenn in einem solchen Falle der Antriebsmechanismus für die zwei Verdrängungsteile 25-8 A und 25-8 B der Fig. 8A, 8B derart aufgebaut ist, daß die Teile als Einheit mit einer ausgewählten Phasenverschiebung (z. B. Gegenphase oder Zweirich tungsbetrieb) oder individuell (nur eines der Teile wird betätigt) betätigt werden können, bieten sich gegebenenfalls interessante Möglichkeiten der Veränderung der Pumpeneigenschaf ten bezüglich des Hubvolumens und der Ausgangsströmungseigen schaften.Furthermore, in the embodiments according to FIGS. 8A and 8B and FIGS . 9A, 9B, the central displacement parts 25-8 A , 25-9 A can be ring-shaped like the outer parts 25-8 B , 25-9 B. The open space within the central annular displacement part can then accommodate components of the pump drive mechanism, for example, or it can be used for other purposes. In such a case, if the drive mechanism for the two displacement parts 25-8 A and 25-8 B of FIGS . 8A, 8B is constructed such that the parts as a unit with a selected phase shift (e.g. reverse phase or bidirectional operation) or can be actuated individually (only one of the parts is actuated), there may be interesting possibilities for changing the pump properties with regard to the stroke volume and the output flow properties.
In einigen Fällen, wie z. B. dann, wenn die Pumpe als Blutpumpe benutzt wird, kann das Verdrängungsteil in geeigneter Weise mit dem Pumpenmechanismus derart verbunden werden, daß ein federnd elastisches Nachgeben des Verdrängungsteils relativ zum Pumpen mechanismus unter der Tätigkeit des Druckes in der Pumpkammer möglich ist, so daß es ein gewisses "Nachhängen" des Verdrän gungsteils während des Druck- oder Ausstoßhubes gibt. Die Bewegung des Verdrängungsteils, die anfänglich als Folge "des Nachhängens" verlorengegangen ist, wird am Ende des Druckhubes "wiedergewonnen" und kann ausgenutzt werden, um sicherzustellen, daß die Flüssigkeit in der Pumpkammer nicht stagniert, d. h. unter der Ventilklappe 31-8 der Fig. 8A, 8B. Eine solche Anordnung kann auch verwendet werden, um irgendwelche Druckwel len zu unterdrücken, die versuchen, sich am Ende des Ausstoßhu bes zu entwickeln. In some cases, such as B. when the pump is used as a blood pump, the displacement part can be connected in a suitable manner to the pump mechanism such that a resilient yielding of the displacement part relative to the pump mechanism is possible under the action of the pressure in the pump chamber, so that it there is a certain "sagging" of the displacement part during the pressure or ejection stroke. The movement of the displacer initially lost as a result of "slack" is "recovered" at the end of the pressure stroke and can be exploited to ensure that the liquid in the pumping chamber does not stagnate, ie under the valve flap 31-8 of Fig . 8A, 8B. Such an arrangement can also be used to suppress any pressure waves that attempt to develop at the end of the exhaust stroke.
Eine Pumpe des Typs der Fig. 8A, 8B mit zwei oder mehr Verdrängungsteilen und Pumpkammerabschnitten, die vorzugsweise ringförmig sind, ist auch nützlich als Zweistufen- (Mehrstu fen) Kompressor, insbesondere zwecks Komprimierens großer Luftmengen auf einen relativ niedrigen Druck. Ein Merkmal von auf diese Weise aufgebauten Kompressoren besteht darin, daß nur ein einziges Ventil zwischen den Stufen erforderlich ist; jedes Ventil funktioniert sowohl als Auslaßventil einer radial äußeren oder unteren Stufe als auch als Einlaßventil einer radial inneren oder höheren Stufe. Die anderen Ausführungsformen sind auch als Kompressoren oder Luft- (oder anderer Gas-) Pumpen nützlich, es wird aber angenommen, daß sie sich in der Praxis am besten als Flüssigkeitspumpen eignen.A pump of the type of FIGS. 8A, 8B with two or more displacement parts and pump chamber sections, which are preferably annular, is also useful as a two-stage (multi-stage) compressor, particularly for compressing large amounts of air to a relatively low pressure. A feature of compressors constructed in this way is that only a single valve is required between the stages; each valve functions both as a radially outer or lower stage exhaust valve and as a radially inner or higher stage inlet valve. The other embodiments are also useful as compressors or air (or other gas) pumps, but are believed to work best as liquid pumps in practice.
Wie man aus den Zeichnungen sieht, besteht ein Merkmal der erfindungsgemäßen Pumpe darin, daß die gepumpte Flüssigkeit ein günstiges Strömungsmuster hat, denn sie kann durch die Pumpe strömen, ohne daß irgendwelche abrupte Richtungsänderungen auf sie aufgebracht werden müssen. Diesbezüglich sind besonders vorteilhaft die Ausführungsformen der Fig. 1 bis 6 und 8 bis 10, wo die Höhe der Pumpkammer im Vergleich zum Durchmesser sehr klein ist und die Flüssigkeit folglich im wesentlichen horizon tal nach oben zur Auslaßverbindung strömt. Die im allgemeinen niedrige oder flache Gestalt der Pumpkammer erlaubt auch eine kurze Hublänge mit der Bedeutung, daß die Hubgeschwindigkeit hoch werden kann. In Verbindung mit der großen Querschnittsflä che, welche der Einlaßdurchgang und der Auslaßdurchgang haben können, stellt dieses Merkmal einen sehr geringen Innenfließwi derstand der Pumpe sicher.As can be seen from the drawings, a feature of the pump according to the invention is that the pumped liquid has a favorable flow pattern because it can flow through the pump without having to apply any abrupt changes in direction to it. In this regard, the embodiments of FIGS. 1 to 6 and 8 to 10 are particularly advantageous, where the height of the pumping chamber is very small compared to the diameter and the liquid consequently flows essentially horizontally upwards to the outlet connection. The generally low or flat shape of the pumping chamber also allows a short stroke length, meaning that the stroke speed can become high. In conjunction with the large cross-sectional area that the inlet passage and outlet passage can have, this feature ensures a very low internal flow resistance of the pump.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 5 bis 10 ist die Benutzung von Einzelklappenventilen, die an der unteren Wand des Kammer elementes 12 angebracht sind und nach oben bewegbar sind, und zwar in Richtung der Fluidausstoßbewegung des Verdrängungsteils in eine Position in Dichteingriff mit der oberen Wand, insofern vorteilhaft, als die Fluidströmung, welche von dem Verdrängungs teil erzeugt ist, die untere Seite der Klappen reinigt. Dieser überstreichende bzw. reinigende Strom macht die Gefahr minimal, daß irgendein Teilchen des gepumpten Fluids unter oder hinter den Ventilklappen stagniert oder bewegungslos wird. Dementspre chend sind jene Ausführungsformen besonders für das Pumpen von Blut geeignet, denn sie erfüllen das sehr wichtige Erfordernis der Blutpumpen, daß sie frei von bewegungslosen Bereichen sind.In the embodiments of FIGS. 5 to 10, the use of single flap valves, which are attached to the lower wall of the chamber element 12 and can be moved upwards, in the direction of the fluid ejection movement of the displacement part into a position in sealing engagement with the upper wall, advantageous in that the fluid flow, which is generated by the displacement part, cleans the lower side of the flaps. This sweeping stream minimizes the risk of any particle of the fluid being pumped under or behind the valve flaps becoming stagnant or motionless. Accordingly, those embodiments are particularly suitable for pumping blood because they meet the very important requirement of blood pumps that they are free from motionless areas.
Bei den Ausführungsformen, anhand deren die Erfindung beispiels weise in Verbindung mit den Zeichnungen dargestellt wurde, sind das Verdrängungsteil und sein Antriebsmechanismus unter der Pumpkammer angeordnet. Diese Anordnung ist in den meisten Fällen bevorzugt, insbesondere wenn wie bei den veranschaulichten Ausführungsformen ein separates, leicht ersetzbares Kammerele ment aus Kunststoffilm oder einer dünnen Lage oder Tafel die Oberflächen vorsieht, mit welchen das gerade gepumpte Fluid wahrend seines Durchgangs durch die Pumpe in Berührung kommt. Bei einigen Fällen kann es jedoch bevorzugt sein, daß das Verdrängungsteil die Oberwand der Pumpkammer bildet oder auf diese wirkt und daß der Antriebsmechanismus über der Pumpkammer angeordnet ist. Ferner ist es denkbar, daß man einen gemeinsamen Antriebsmechanismus für zwei entgegengesetzte Pumpen hat, die übereinandergestapelt sind und in Gegenphase arbeiten. Es ist auch möglich, zwei Antriebseinrichtungen für eine Einzelpumpkam mer zu haben, und zwar ein Antriebsmechanismus für jede Seite, die entgegengesetzt arbeiten.In the embodiments based on which the invention is exemplary was shown in connection with the drawings the displacement part and its drive mechanism under the Pump chamber arranged. This arrangement is in most cases preferred, especially when as illustrated Embodiments a separate, easily replaceable Kammerele made of plastic film or a thin layer or board Provides surfaces with which the currently pumped fluid comes into contact during its passage through the pump. In some cases, however, it may be preferred that the Displacement part forms or on the top wall of the pump chamber this acts and that the drive mechanism over the pump chamber is arranged. It is also conceivable that you have a common Has drive mechanism for two opposite pumps that are stacked on top of each other and work in opposite phase. It is also possible two drive devices for a single pump to have a drive mechanism for each side, who work in opposite directions.
Die Kammer 16-10 A und das federnd vorgespannte Verdrängungsteil 25-10 A Ausführungsform der Fig. 10A, 10B, 10C kann in Verbindung mit den Auslässen der Einzelstufenpumpen anderer Ausgestaltungen benutzt werden, wie ein Einwegeventil und eine Vorrichtung zur Vergleichmäßigung der pulsierenden, herauskom menden Strömung der Pumpe. Im Falle von Blutpumpen schafft eine solche Anordnung ein Einwegeauslaßventil, welches frei von bewegungslosen Bereichen ist, und ein nachgiebiges Volumen abstromig vom Ventil.The chamber 16-10 A and the resiliently biased displacement part 25-10 A embodiment of FIGS. 10A, 10B, 10C can be used in conjunction with the outlets of the single stage pumps of other configurations, such as a one-way valve and a device for equalizing the pulsating coming out Flow of the pump. In the case of blood pumps, such an arrangement creates a one-way outlet valve that is free of motionless areas and a compliant volume downstream of the valve.
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