CN104271947B - 活塞泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于泵送流体的活塞泵(10)，所述活塞泵包括至少一个气缸(11；11')，所述气缸具有活塞(16；16')，所述活塞可借助于驱动器在所述气缸(11；11')内部沿所述气缸(11；11')的纵向轴线移动，每个气缸(11；11')具有安装法兰(14；15)，所述安装法兰在所述气缸的端面处具有至少一个气缸开口(30；31；32；33)，并且在所述气缸中、在每个活塞(16；16')与安装法兰(14；15)之间形成腔室(23；23')，所述腔室的体积在所述相关联的活塞(16；16')在所述气缸(11；11')中移动时发生变化。此外，所述活塞泵(10)具有用于供给流体的入口端口(12)和用于引走所述流体的出口端口(13)。本发明的特征在于，在安装法兰(14；15)背离气缸(11；11')的一侧上，布置有抵靠相应安装法兰(14；15)定位的可旋转阀盘(20)。所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)附接至所述至少一个安装法兰(14；15)。每个安装法兰(14；15)在入口端口(12)和出口端口(13)区域中具有至少一个通道(34；35)，所述流体可穿过所述通道在所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)与所述安装法兰(14；15)的另一侧之间流动。此外，所述阀盘(20)具有流体输送装置，通过所述流体输送装置，当所述阀盘(20)在两个角位置之间旋转时，在所述两个角位置中的每个位置，至少一个气缸开口(30；31；32；33)可连接至入口端口(12)和/或出口端口(13)的通道(34；35)。

Description

活塞泵
技术领域
本发明涉及一种用于泵送流体的活塞泵，所述活塞泵包括至少一个气缸，所述气缸具有活塞，所述活塞可借助于驱动器在所述气缸内部沿所述气缸的纵向轴线移动，每个气缸在端面处具有安装法兰，所述安装法兰具有至少一个气缸开口，并且在气缸侧上、在每个活塞与安装法兰之间形成腔室，所述腔室的体积在所述相关联的活塞在所述气缸中移动时发生变化。此外，所述活塞泵具有用于供应流体的入口端口和用于排出流体的出口端口。
背景技术
这种活塞泵特别适合在医疗输液/透析技术中使用。目前使用的主要是管泵和注射泵。当希望施用更大量的流体时，首先使用根据蠕动原理工作的管泵。这些量的流体的提供例如借助于输液袋来进行。在注射泵的情况下，通过注射体递送的量是有限的并且通常包括不多于50ml，其中一些模型甚至允许高达100ml的液体供应。
根据蠕动原理的管泵非常普遍并且还无需卧床，例如，用于人工营养。由于其泵原理，它们的递送精确度不如注射泵的递送精确度。
相比之下，周期性操作的活塞泵包括与注射泵一样高的递送精确度，并且可像蠕动泵那样从可更换存储罐吸入和泵出液体。
用于医疗输液技术的活塞泵从例如US 7,887,308 B2中得知。在第一示例性实施方案中，这种泵拥有圆柱形壳体，所述圆柱形壳体包括彼此径向相对定位的入口端口和出口端口。在所述壳体内部，活塞借助于附接至其的转子双向地移动，这样使得它沿所述壳体的纵向轴线轴向地移动并且同时还围绕这个纵向轴线旋转。借助于这种移动，活塞内的交替通道分别连接至入口端口和出口端口，由此可以所测得方式传送流体。在泵的另一个示例性实施方案中，提供了两个同轴活塞，所述同轴活塞均在可移动壳体内沿这个壳体的纵向轴线移动并且因此在所述壳体内形成具有可变体积的腔室。在所述两个活塞之间布置有阀板，彼此相对定位的入口端口和出口端口被引入至其中。如在第一示例性实施方案中一样，所述阀板借助于附接至其的转子双向地移动，由此所述壳体沿所述活塞的纵向轴线向后和向前移动。同时，所述阀板内的通道通过阀板围绕纵向轴线的旋转而交替打开并且气缸腔室与入口端口和出口端口交替地连接，由此泵可连续地泵送。然而，由于入口端口和出口端口附接至往复式阀板，然而连接管随泵运动而移动，这会导致随附泵部分的显著移动并且可能是不利的。具体来说，这种功能性需要很多空间，除了其它不利影响之外，这还妨碍泵的紧凑构造。
借助于周期性工作的活塞泵，因此有可能实现高递送精确度，甚至在大递送体积的情况下。然而，在此经常希望非常紧凑地形成这种活塞泵和其它部件，以便能够将它们集成至尽可能小的壳体中。例如，在家庭护理领域中，在处理医疗一次性使用物品和/或医疗输液技术时就是这种情况，其中用于可交换输液容器的泵对于患者、不熟练的家庭成员或护理者来说应该容易连接。已证实，将整个泵与其附加部件一起容纳在某种类型的盒体中是有利的。具体来说，在这些附加部件中包括用于检测堵塞和气泡的传感器系统。
堵塞检测通常是通过间接测量用于供应流体的管中的内部压力来进行。如果存在堵塞，那么例如所述管在泵下游的内部压力增大，这可间接地测得。出于这种目的，管的圆形横截面由于例如偏置力而发生椭圆形变形，并且待确定的管的内部压力会使此偏置力增大或减小，这然后可借助于力传感器来确定。DE 38 38 689 C1示例性地公开了这样一种用于压力测量和堵塞检测的方法。
此外，这种方法的缺点在于管的变形通常导致持续几小时的蠕变过程。这种蠕变会释放管横截面中的张力，这导致测得的力的连续变化。由所述蠕变引起的不希望的力变化与借助于管内压力变化的所希望的测量效果在数量级上类似，并且因此会阻碍堵塞的可靠识别。例如像硅树脂之类的特殊弹性体包括显著减小的蠕变行为，并且因此注定作为用于堵塞传感器的管段。然而，硅树脂与非硅树脂材料的组合的代价非常高，因为过程安全的粘接接头是不可能的。
此外，医疗输液装置以及透析应用中的气泡检测被规定为是必需的。通常，所述识别经由超声发射器和接收器发生，所述发射器和接收器在两侧超声联接至待观察的管件。然而，在度量上不可能把位于超声部件与充满流体的管之间的气泡与充满空气的管件区分开来。因此，通常通过特殊支撑物在所述两个超声部件之间手动挤压管件并且使其相应地变形，这样使得有很高的可能避免气泡。
当将管装置插入泵中时，根据现有技术的当前状态，必须另外手动将负责个别传感器的管段插入至特殊支撑物中，这可能是有问题的，不只在家庭护理领域中。现有技术的相关状态还可从文献US 2008/0 294 040 A1、US 2011/0 021 990 A1和US 4 854 836 A得知。
因此，本发明的目标在于提供一种活塞泵，所述活塞泵允许紧凑的构造和简单的操作用于泵送功能和用于附加部件，如堵塞传感器和超声波传感器。
发明内容
根据本发明的活塞泵用于泵送流体并且包括至少一个气缸，所述气缸具有活塞，所述活塞可借助于驱动器在所述气缸内沿所述气缸的纵向轴线移动，其中每个气缸在端面处包括安装法兰，所述安装法兰具有至少一个气缸开口，并且在气缸侧上、在每个活塞与安装法兰之间形成腔室，所述腔室的体积在所述相关联的活塞在所述气缸中移动时是可变的。此外，所述活塞泵具有用于供应流体的入口端口和用于排出流体的出口端口。
根据本发明，在安装法兰背离气缸的一侧上布置有可旋转阀板，所述阀板支承在相应安装法兰上。在本发明的意义上，这意味着例如具有主表面或顶表面的圆柱形阀板支承在安装法兰上。由此，阀板的旋转轴线优选平行于活塞的运动方向延伸，并且本发明还涵盖与平行方向的偏离，这样使得阀板的旋转轴线也可仅在所述运动方向上延伸。与平行方向的偏离可以例如是约1°至20°，但不限于这些值。
入口端口和/或出口端口附接至至少一个安装法兰，其中安装法兰在入口端口和出口端口区域中分别具有至少一个通道，流体可穿过所述通道在入口端口和/或出口端口与安装法兰的另一侧之间流动。对于阀功能，阀板具有流体输送装置，通过所述流体输送装置，当阀板在两个角位置之间旋转时，在两个角位置中的每个位置，至少一个气缸开口可连接至入口端口和/或出口端口的通道。
因此，入口端口和出口端口是固定的并且独立于阀板的旋转运动。相对于具有可移动端口的其它泵概念，以这种方式可节省空间。此外，所述活塞泵的组装明显更简单，并且从端口到管(例如)的连接不会因为端口的移动而受到影响。因此，阀板的旋转运动联接至气缸的活塞的往复运动，这样使得阀功能依赖于活塞位置。
在本发明的一个示例性实施方案中，当阀板旋转至至少第三位置时，流体输送装置不会使气缸开口与入口端口和/或出口端口的通道连接。因此，在这样一个角位置，气缸或入口端口和/或出口端口可被阀板完全阻塞。
优选地，每个入口端口和/或出口端口均在至少一个气缸的方向上延伸。另外，已证实，每个入口端口和/或出口端口平行于至少一个气缸延伸是有利的，但在此本发明还涵盖与平行方向的偏离。再次，这种偏离可以是约1°至20°，但不限于这些值。因此，阀板的旋转轴线还可平行于或至少在至少一个气缸的气缸轴线上延伸。通过这两种方式，可单独或以组合方式实现活塞的特别紧凑的构造。
活塞泵可实施为单活塞泵，其中单独气缸以及入口端口和出口端口均定位在共同的安装法兰处。在本发明的另一个示例性实施方案中，活塞泵实施为多活塞泵，借助于所述多活塞泵可实现不间断的递送。另外，提供了例如两个安装法兰，阀板定位在两者之间。具有至少一个气缸开口的气缸分别附接至这两个安装法兰，而入口端口和出口端口一起定位在所述两个安装法兰之一处。在这种多活塞泵的另一个实施方案中，入口端口或出口端口之一分别附接至每个安装法兰。因此，在每个安装法兰处分别定位有气缸以及所述端口之一。
流体输送装置可以各种方式实施，以便实现气缸开口与端口通道之间的连接。例如，流体输送装置可包括至少一个腔体，所述腔体凹陷至阀板的表面中，所述表面面向具有入口端口和/或出口端口的安装法兰，其中所述腔体被配置成使得通过旋转阀板，可使得所述腔体分别与气缸开口和入口端口和/或出口端口的通道同时重合。这种流体输送装置用于在法兰侧上将流体输送至阀板的一侧并且由凹陷至阀板中的通道合适地形成。
然而，流体输送装置还可包括至少一个腔体，所述腔体也凹陷至阀板面向具有入口端口和/或出口端口的安装法兰的表面中，但此外还包括从这个腔体延伸出来穿过阀板的通道。在这种情况下，所述腔体和所述相关联的通道被配置成使得通过旋转阀板，可使得它们分别与气缸开口和相对定位的入口端口和/或出口端口的通道同时重合。因此，正是流体输送装置实现了流体穿过阀板的输送。
所述流体输送装置的两种变体可选择性地或组合使用，其中所述选择基本上依赖于所选择的活塞泵的实施方案。例如，在气缸一侧上具有入口端口和出口端口的单活塞泵的情况下，不需要穿过阀板的流体输送，这样使得为了完成阀功能，在阀板一侧上的简单腔体作为流体输送装置便已足够。但一旦气缸和/或入口端口和出口端口分布在相对定位布置在阀板两侧上的两个安装法兰上，就需要具有通道的流体输送装置，以便允许穿过阀板进行流体输送。
任选地，可将堵塞传感器分别集成至活塞泵的入口端口和/或出口端口中，所述堵塞传感器无法破坏性地拆卸。例如，另外，可在入口端口和/或出口端口中提供至少一个凹陷，所述凹陷被由压力敏感材料构成的传感器部件紧密覆盖。由此，入口端口和/或出口端口的材料比传感器部件的材料硬，并且活塞泵包括力传感器，使用所述力传感器可测得传感器部件在相应凹陷区域中的压力引起的变化。
因此，本发明可利用压力膜的操作原理，但并不在单独的元件中使用这种压力膜，而是本发明将对应的传感器部件集成至以任何方式递送流体所穿过的由硬质材料构成的端口中。由此，堵塞传感器的待集成的机械传感器部件依靠测量流体中压力的原理，并且是借助于行为物理上类似于压力膜的弹性材料来实现。端口形成对压力不敏感的硬质部件，所述硬质部件在发生的压力变化下不变形。由于另一方面，作为软质部件的传感器部件发生的变形，因此可确定端口中的内部压力。
堵塞传感器可直接集成至硬质端口中，以便节省空间，从而允许非常紧凑的设计。端口可以是将流体导送至泵或从泵导送至患者的入口端口和/或出口端口。以这种方式，传感器可识别泵前面和/或后面的堵塞。如果相关联的端口被适当地定位，使得它可与泵一起紧凑地容纳在壳体中，那么堵塞传感器在这个端口处就不需要太多的空间。
传感器部件由此优选是入口端口和/或出口端口的一体且不可移除的部分，这样使得它还无须安装或者甚至无须在装置的调试期间进行对准。这便于装置的操作，并且避免设置错误，并且因此还避免测量误差。
优选地，力传感器在凹陷区域中与传感器部件的表面接触，其中力传感器包括例如柱塞，所述柱塞在凹陷区域中与传感器部件的表面直接接触。以这种方式，可测得传感器部件在这个区域中的膨胀变化。
此外，出于这种目的，传感器部件由弹性体构成，其中具体来说，它可以是硅树脂或热弹性弹性体。以这种方式，可有利地使用这种特殊弹性体的物理性质，具体来说，所述物理性质包括较低的蠕变行为。然而，不需要硅树脂与非硅树脂材料的材料配合连接，因为可使用例如像注射成型法之类的适当方法用于端口与传感器部件之间的密封连接。以这种方式，端口和传感器部件可利用双部件工艺加以制造。或者，端口与传感器部件之间的连接可借助于其它连接技术来制造，其中例如插件、棘爪、螺钉或粘接接头是可能的。
在堵塞传感器的一个示例性实施方案中，传感器部件是管，所述管利用形状锁定配合围绕端口，这样使得它从外部紧密地覆盖凹陷。在另一个示例性实施方案中，所述管利用形状锁定配合附接在端口内部，这样使得传感器部件从内部覆盖对应凹陷。出于这种目的，端口和传感器部件具有相似或相同的横截面。例如，具有圆形横截面的管可利用形状锁定配合引入圆形端口中，或者可包围圆形端口。然而，传感器部件并不必须是管状的，而是它可具有适于覆盖凹陷的任何形状。
然而，同样可以是有利的是，传感器部件具有椭圆形的横截面，其中传感器部件的平坦侧布置在凹陷区域中。这可以是内定位传感器部件以及外定位传感器部件的情况，其中端口的横截面必须对应地进行调整。借助于这种形式的软质部件，传感器部件已具有用于内部压力测量必要的椭圆形变形，这样使得已经可以最大可能的程度防止热塑性弹性体的不希望的蠕变行为。
椭圆形横截面可例如通过以下手段实现：使初始具有圆形横截面的管适当变形，随后将其组装至入口端口或出口端口。因此变形不是通过组装引起，而是管发生预变形而形成所希望的椭圆形横截面以便防止不希望的蠕变行为。
在堵塞传感器的另一个示例性实施方案中，传感器部件是特殊成形的测量膜，所述测量膜具有包括至少两个相对定位的膜侧的横截面，每个膜侧均向内扭结，而将两个膜侧相互连接的膜顶侧形成为平直的并且布置在凹陷区域中。力传感器因此位于测量膜的平直表面上，所述测量膜不再因内应力而改变，这样使得产生线性力特性。
进一步任选地，可将超声波传感器分别集成至入口端口和/或出口端口中，以用于检测相应端口中的气泡，所述超声波传感器无法非破坏性地拆卸。在本发明的一个示例性实施方案中，超声波传感器这样实施，使得利用形状锁定配合将管插入至入口端口和/或出口端口中，流体穿过所述管供应至入口端口或者流体穿过所述管从出口端口排出。由此在管的位于相关入口端口和/或出口端口的两侧的区域中提供用于超声波的耦合和去耦的表面。用于超声波的耦合和去耦的这些表面可实施成平坦的，然而，它们也可包括适合超声传感器的形状的以不同方式形成的表面。
入口端口和/或出口端口优选这样形成，使得这些表面位于一个平面上。此外，入口端口和/或出口端口可能实际上包括凹陷，以便防止通过待检查管件的超声波路径的可能的短路路径。在本发明的一个示例性实施方案中，这种凹陷与用于超声波的耦合和去耦的表面相对定位，然而，凹陷可任意地布置。还可能存在用于这种目的的多个凹陷。
根据本发明的泵的可能的应用领域是(非排他性地)：输液或透析系统的医疗一次性使用物品，或如制药领域中具有用于单独药物剂量的一次性使用物品的设备。所描述的布置可集成至医疗输液装置中并且替代递送所必需的蠕动段。除单纯的泵送功能之外，还可将机械装置集成至这种活塞泵中，其中所述机械装置形成用于例如像堵塞检测或气泡检测所需要的流体传感器的机械部分，并且构成与外部电子传感器部件的简单机械接口。因此，通过在端口中实施传感器部件，还可替代对于堵塞传感器重要的压力测量段。借助于与可识别潜在气泡的超声波传感器的任选接口，实现了用于泵和传感器单元的紧凑盒式系统的另一先决条件。
机械传感器部件由此不必通过代价高昂的安装或组装技术来部署为泵模块中的独立部件，而是它们可形成泵的一体的且不可移除的部件。为此，已经发现智能布置和机械设计，所述智能布置和机械设计考虑到经济的制造技术，并且具体来说是多部件注射成型技术。为了结合高递送精确度和从一个供应袋递送的能力的优点，泵本身可实现为周期性操作的活塞泵。
本发明的其它优点、特征和实际的进一步改进形式由以下参照附图对优选实施方案示例的呈现中产生。
附图说明
在附图中：
图1a示出在弹射过程中作为单活塞泵的活塞泵的第一示例性实施方案的功能原理的示意性表示；
图1b示出抽吸过程中的根据图1a的活塞泵；
图2a示出处于第一活塞位置的作为在一侧具有入口端口和出口端口的多活塞泵的活塞泵的第二示例性实施方案的功能原理的示意性表示；
图2b以示意性横截面示出根据图2a的多活塞泵；
图3a示出处于第一活塞位置的作为在两侧具有入口端口和出口端口的多活塞泵的第三示例性实施方案的功能原理的示意性表示；
图3b示出处于第二活塞位置的根据图3a的多活塞泵；
图4a示出具有阀板的第一法兰的示意图，所述阀板用于具有单侧入口端口和出口端口的多活塞泵；
图4b示出具有阀板的第二法兰的示意图，所述阀板用于具有单侧入口端口和出口端口的多活塞泵；
图5a示出在抽吸过程中用于在一侧具有入口端口和出口端口的多活塞泵的阀板针对第一气缸的功能机制；
图5b示出在弹射过程中用于根据图5a的多活塞泵的阀板针对第二气缸的功能机制；
图6a示出在弹射过程中根据图5a的阀板针对第一气缸的功能机制；
图6b示出在抽吸过程中根据图5b的阀板针对第二气缸的功能机制；
图7示出穿过具有位于外部的传感器部件的端口的纵截面；
图8示出穿过根据图7的端口的横截面；
图9示出穿过具有位于内部的传感器部件的第一示例性实施方案的端口的纵截面；
图10示出穿过根据图9的端口的第一横截面；
图11示出穿过根据图9的端口的第二横截面；
图12示出穿过具有位于内部的传感器部件的第二示例性实施方案的端口的横截面；
图13示出穿过具有位于内部的传感器部件和超声波传感器的端口的纵截面；
图14示出穿过根据图13的具有超声波传感器的端口的横截面。
具体实施方式
图1a和图1b分别以示意性表示的方式示出根据本发明的活塞泵在一个实施方案中作为单活塞泵的一个示例性实施方案。图1a示出弹射过程中的单活塞泵，而图1b示出抽吸过程。活塞16和待供应的对应流体在抽吸和弹射时的移动利用相应箭头指示。
由此，图1a和图1b的示意性表示并不示出穿过活塞泵的任何直白截面，而是仅示出流体在泵送过程中的主要通径。因此，所描绘的气缸、端口和开口不一定穿过某一平面截取，而是它们也可位于不同的平面上。这同样适用于图2a、图2b、图3a和图3b的图示。多个偏移平面中的气缸、端口和开口的示例性实施方案例如从图4a和图4b的视图中可见。
在根据图1a和图1b的单活塞泵10的情况下，提供了具有气缸11的第一法兰14，活塞16被可移动地引入至所述第一法兰14中。这种法兰14还可描述为安装法兰，因为它不仅在端面处围绕气缸11的外周，而且可将另外的部件附接至这个安装法兰。具体来说，入口端口12和出口端口13附接至法兰14。气缸11优选位于入口端口12与出口端口13之间，并且气缸11的纵向轴线和入口端口12和出口端口13基本上平行于彼此延伸。借助于由驱动器(未示出)引起的活塞16在气缸11内部的移动，在气缸侧上、在法兰14与活塞16之间形成具有可变体积的腔室23。在气缸11的端面区域中，在法兰14中设有至少一个气缸开口，当活塞16移动时，流体可穿过所述气缸开口在气缸11与法兰14的另一侧之间流动。
在附图中所示的实施方案中，针对每个气缸11提供两个相应的气缸开口30和31。此外，在法兰14中在每个端口12、13中设有相应通道34、35，流体同样可穿过所述通道34、35在相应端口与法兰14的另一侧之间流动。
泵10的抽吸功能和弹射功能的转换是经由向后和向前旋转的阀板20实现。由此，阀板20在至少两个角位置之间围绕旋转轴线26旋转，其中如果阀板20的旋转轴线26与气缸轴线重合并且因此与活塞16的运动方向重合，则这可能是有利的，如附图中的情况一样。然而，这并非对本发明的约束。
阀板20在其相对定向的一侧上毗接在用15指示的另一个法兰上。另外，阀板20支承在两个法兰14、15上并且包括流体输送装置，待泵送的流体可利用所述流体输送装置经由所述阀板在气缸与端口之间移动。所述流体输送装置优选是至少一个腔体21、21‘，所述腔体凹陷至阀板20的表面中并且因此在阀板20旋转时改变其位置。这至少一个腔体执行阀功能，其中腔体可通过例如阀板20表面中的圆形、弯曲或笔直的凹陷通道来实现。腔体边缘上的密封介质优选确保流体无法离开通道几何形状。出于这种目的，可使用例如密封唇，或者阀板20的表面借助于特殊材料形成密封表面。
代替阀板20的表面中的腔体21、21‘，可提供其它形式的通道以用于经由或穿过阀板20输送流体。例如，所述通道甚至可以是穿过阀板的孔，所述孔经过阀板在法兰侧上的表面下方并且随后借助于它们在这一侧上的两个开口实现流体穿过阀板的输送。
在图1a的弹射过程中，上部区域中的腔体21与气缸开口30并且还与出口端口13中的通道34重合。相比之下，气缸开口31和入口端口12中的通道35由阀板20覆盖并且因此阻塞。因此，在活塞16在箭头方向上移动的情况下，先前吸入的流体从腔室23被推动穿过气缸开口30进入腔体21中并且从那里推动穿过通道34进入出口端口13中。从那里，流体可例如经由管供应至某些另外的部件或供应至患者。
在弹射之后，阀板20旋转至图1b中可见的第二角位置，并且由此，现在下部区域中的腔体21‘与气缸开口30并且同时还与入口端口12中的通道35重合。当活塞16同时在箭头方向上移动时，则从存储罐(未示出)穿过入口端口12吸入流体。由此，流体从入口端口12穿过通道35吸入腔体21‘中并且从那里穿过气缸开口30进入气缸11中的腔室23中。
在弹射期间，从气缸11到出口端口13的连接由阀板20的某个角域激活，同时在抽吸期间，另一个角域使入口端口12与气缸11连接。因此，阀控制通过一个活塞的往复运动发生，所述往复运动依赖于活塞冲程。如图1a和图1b中可见，阀板20的腔体21、21‘与两个气缸开口30、31中的另一个交替地重合。然而，也可仅提供一个气缸开口，其中腔体21、21‘和所述气缸开口适当地成形并定位，以便在阀板20的两个角位置重合。
在图1a和图1b所描绘的示例性实施方案中，提供了两个腔体21和21‘，然而，所述腔体不必对称地布置在阀板上，相反它们可以相对于彼此偏移小于180°的角度定位。例如，阀功能可通过相对于彼此偏移90°布置的两个腔体来实现。以这种方式，为了在两个位置之间变化，仅需使阀板旋转这个角度。根据端口12、13以及气缸11在法兰14上的布置，这个角度可进一步减小或增大。
然而，阀功能还可通过在这两个所描述的角位置之间做往复运动的单个腔体来实现。在这种情况下，腔体21和21’将是完全相同的。那么，为了使所述腔体进入这两个所要求的位置，根据端口12、13以及气缸11的布置，阀板20将可能不得不旋转较大的角域。
具有若干个气缸的另外变体可从单气缸解决方案导出，所述变体在图2a至图3b中示例性地示出。例如，对应于图2a和图2b，具有活塞16‘的第二气缸11‘集成至法兰15中。两个活塞16、16‘始终在同一水平方向上移动，由此在阀板20的每个位置一个活塞接管抽吸功能，并且另一活塞接管弹射功能。
当通过活塞16弹射时，先前吸入的流体被推动穿过气缸开口30进入腔体21中并且从那里穿过通道34进入出口端口13中。同时，借助于另一活塞16‘的移动，流体从入口端口12穿过通道35并且吸入阀板20内部的通道24中。这个通道24延伸穿过阀板20并且使两侧彼此相连。通道24在阀板20的另一侧上向另一个腔体22开放，所述腔体22成形并布置成使得其与气缸11‘中的气缸开口33重合。以这种方式，流体可从入口端口12流入气缸11‘的腔室23‘中。
如果活塞16、16‘现在在另一方向上移动，如图2b中所示，则阀板20定位在第二角位置处。现在，流体从入口端口12穿过通道35、腔体21‘和气缸开口31吸入腔室23中，而先前吸入腔室23‘中的流体被推动穿过通道32、腔体22‘、通道24‘和阀板20另一侧上的通道34进入出口端口13中。通过重复这个程序，泵送几乎不中断。
因此，在阀板中设有不同类型的腔体21和22，其中第一腔体类型21用于在阀板的一侧上在气缸与端口之间输送流体。这种类型的腔体由合适的通道形成于阀板20的表面中并且表示用于在法兰侧上输送流体的腔体。相比之下，第二腔体类型22用于将流体从阀板的一侧输送至另一侧，这样使得这种腔体22始终穿过阀板连接至通道24并且表示用于穿过阀板输送流体的腔体。与第一腔体类型21相比，阀板20的表面内的凹陷通道通常以不同的方式形成。
由此，根据活塞泵的所述实施方案，可在阀板的一侧上分别提供一种或两种腔体类型。在图2a和图2b的实施方案中，阀板每一侧上的单个腔体再次可用于这两个角位置，因为每一侧均仅需要一种腔体类型。
图3a和图3b示出活塞泵10的另一个实施方案，由此第二气缸11‘和入口端口12附接至法兰15。出口端口13和第一气缸11定位在另一法兰14上。针对这种布置，必须再次修改阀板20以使其具有不同类型的腔体，以便能够在阀板20的不同角位置在两侧之间递送流体。由此，在阀板的每一侧上提供每种类型的相应腔体，这样使得右侧包括无通道的一个腔体21和有通道24的一个腔体22。阀板的左侧还包括无通道的腔体21‘和有通道24‘的第二腔体22‘。在这个实施方案中，阀板一侧上的腔体因此无法用于两个角位置，因为在所述角位置需要不同的腔体类型。
在图3a的活塞位置，流体被从腔室23推动穿过气缸开口30进入腔体21中并且从那里穿过通道34进入出口端口13中。同时，流体从入口端口12穿过通道35吸入腔体21‘中并且从那里穿过气缸开口33进入腔室23‘中。因此，在阀板20的这个角位置，不存在穿过阀板20的流体输送，而是流体仅在这一法兰侧上移动。
如果活塞16、16‘如图3b中所示在另一方向上移动，则阀板20定位在第二角位置，这样使得先前吸入腔室23‘中的流体现在被推动穿过气缸开口32、经由腔体22‘和通道24‘、穿过通道34进入出口端口13中。同时，新的流体从入口端口12穿过通道35经由通道24吸入腔体22中并且从那里穿过气缸开孔31进入腔室23中。还可实现几乎不中断的泵送，其中在这个角位置，流体的排他性输送通过阀板发生。
在图4a和图4b中示出阀板20的主要构造，所述主要构造是根据图2a和图2a的多活塞泵的实施方案并且在阀板20的每一侧上提供相同类型的两个相应腔体。两个附图中的观察方向是从气缸11‘沿气缸轴线26向外朝向法兰14、15。气缸11、11‘、端口12、13和阀板外围25是在从这个观察方向查看时示出的。在图4a中，气缸11‘在法兰15上的投影示出为一条虚线。圆32和33表示这个气缸11‘的气缸开口并且实施为法兰15中的贯穿点。阀板功能是通过腔体22、22‘以及通过通向相对定位的阀板侧的两个通道24、24‘实现。由于在所示阀板位置，气缸开口32和33与腔体22、22‘分离，因此气缸11‘被完全阻塞。
图4b与气缸11以及泵的入口端口12和出口端口13的投影一起示出法兰14，其中这些投影再次示出为虚线圆。气缸11的气缸开口30和31实施为法兰11中的贯穿点，同时端口12、13中的通道通过圆34和35指示。取决于功能，阀板侧包括另外的且明显更长的腔体21和21‘，因为必须形成经由法兰14中的通道34、35至入口端口12和出口端口13的连接。与气缸11的开口30、31类似，通道34、35实施为法兰贯穿点。在所绘阀板位置中，气缸11同样被阀板20阻塞，并且与入口端口12和出口端口13完全分离。
阀板20的功能机制在图5a至图6b中示出，其中所述阀板已从图4a和图4b的位置移动。与图4a和图4b类似，所述图示类似地应用于两个法兰14和15。在图5a中，气缸11‘吸入并且同时气缸11推出，如图5b中所示。相反，在图6a中，气缸11‘推出，并且在图6b中，气缸11吸入。
图5a中所示的阀板20的顺时针旋转导致腔体22到达气缸11‘的入口开口33，而相对定位的腔体22‘进一步移动远离气缸开口32。阀板另一侧上的腔体也对应地转动，其中另一阀板侧上的腔体21穿过通道24到达。这个腔体21表示经由通道35至入口端口12的连接，这样使得气缸11‘可从入口端口12吸入流体。这一流体路径在图5a和图5b中用箭头示出。
同时，在图5b中，气缸11的开口30经由腔体21‘和通道34连接至出口端口13。因此，气缸11将流体经由出口端口13推出，这也在图5b中用箭头示出并且整体上对应于图2a中的情形。
在图6a和图6b中，阀板20进一步顺时针或向后(即逆时针)旋转。由此，在图6a的图示中，腔体22‘现在连接至气缸11‘的开口32。先前吸入的流体从气缸11‘经由通道24‘传递至阀板20的另一侧并且从那里经由法兰14中的通道34传递至出口端口13。同时，腔体21使入口端口12经由法兰14中的通道35连接至气缸11的开口31。因此，通过气缸11中的活塞16进行的吸入得到确保，这整体上对应于图2b中的情形。
气缸开口30、31、32、33的所选择的几何布置以及腔体21、21‘、22、22‘和通道24、24‘的实施方案确定了依赖于角度的阀功能，并且具体来说是停滞时间，即，阀功能正从吸入转换为推出的角域并且在所述角域内不允许发生活塞移动。
在图1a至图3b的实施方案示例中，分别将传感器部件40、41引入至入口端口12和出口端口13，如参照图7至图12更详细地阐述。由此，在附图中示例性地示出具有传感器部件40的入口端口12中的相关区域。
穿过图7中所示的端口12的纵截面示出位于外部的传感器部件40，所述传感器部件40利用形状锁定配合在凹陷50区域中围绕端口12。在此，端口12与管状传感器部件40之间实现了密封的连接。传感器部件40可形成在端口12的内侧上，这样使得传感器部件40部分地插入凹陷50中，如图7中所示。堵塞传感器可有利地利用双部件工艺通过注射成型制成，其中传感器元件40作为第二工艺步骤在从硬质部件制造管状端口12之后施加。作为用于硬质部件的材料，可选择硬质塑料，而传感器部件是由弹性的且压力敏感的材料构成，如弹性体。
凹陷50可具有任意的横截面，其中圆形横截面已被证实对于均匀力分布是有利的。此外，应适当选择凹陷50的大小。例如，在图8中示出穿过图7的纵截面的中间的横截面，其中，凹陷50已选择为非常深的并且大致到达端口12的中心线。
然后，力传感器60可穿过凹陷50到达，以便在这个区域中与传感器元件40的外侧建立接触并且以机械方式检测膜20的变形。这可例如经由支承在传感器部件上的柱塞60而发生。当端口12中的内部压力由于堵塞而增大时，传感器部件40向外弯曲，这可由柱塞60检测到。当端口12中的压力由于堵塞而减小时，传感器部件40的曲率减小，这也可由柱塞60检测到。
图9示出本发明的第二示例性实施方案，其中管状传感器部件40附接在端口12内侧并且因此从内部紧密地覆盖凹陷50。在此，这种堵塞传感器同样可利用双部件工艺通过注射成型作为软质部件以连续内管形式制成，而相关联的入口端口或出口端口是作为硬质部件以一体且不可拆卸的方式制作成上覆盖的支撑管道或支撑骨架。由此，端口12的内表面可构造成使得它使管40保持在其位置并且防止轴向滑动(未示出)。
图10示出沿线A-A穿过这种端口的第一横截面，由此可看出，传感器部件40具有椭圆形横截面。端口12的内壁适当地形成，以便能够利用形状锁定配合容纳传感器部件40。图11中描绘出沿线B-B的第二横截面，并且还示出穿过凹陷50接触传感器部件的外表面的柱塞60。
为了以最大可能的程度防止传感器部件40的内应力，传感器部件40还可配置为特殊形成的测量膜，如例如在图12中所示。在此，测量膜40包括向内扭结的两个相对定位的膜侧43和44。连接两个膜侧43、44的膜顶侧42以平直的方式实施，并且与柱塞60接触。膜顶侧42不再因内应力而改变，这得到线性力特性：力＝内部压力×膜表面积。
传感器部件40的横截面因此是单独形成的并且包含以下功能性部件中的至少一个：
直的或近似直的线，其确定用于测量目的所需的膜的几何形状。
与膜相对的直的或弯曲的线，其执行相对于管状或骨架式硬质部件的软部件的支撑功能。
用于在软质部件两侧上实现弹簧功能的几何形状，以便可设置预加载，这对于测量低于大气压的压力是必要的。另外，弹簧功能是必要的，以便使得当内部压力增加时，膜可将其自身从其相对定位的支撑表面移除。
然后可适当地实施端口12的内表面，以使得测量膜40利用形状锁定配合支承在它之上并且在压力上升时不在不希望的方向上延伸，例如，延伸至一侧。另外，端口12的这种特殊形状可只在堵塞传感器区域中提供，由此可避免代价高昂的在整个端口内的形式。
围绕柱塞60的硬质部件优选包括大致位于柱塞的上边缘下方的平面表面。当柱塞被推动抵靠另一表面时，这个表面充当邻接表面。柱塞然后可仅被推动其悬垂量，由此产生用于压力传感器的恒定预加载。
在图7至图12中所示的示例性实施方案中，凹陷50以及因此柱塞60在端口12中始终定位在顶部，但还可选择其它布置。
在图13中示出用于根据本发明的活塞泵10的任选的超声波传感器连同向内定位的传感器部件40，这使得另外手动将管引入特殊支持物变得不必要。借助于这种超声波传感器，可识别输液管系统中的气泡，其中这个超声波传感器同样可附接在入口端口12和/或出口端口13内部。在图13中，超声波传感器被示例性地示出在入口端口12中。出于这种目的，这个端口12在其端部处在内部被适当地加宽，这样使得可在那里引入柔性管70并且例如通过胶合进行固定。超声波的耦合和去耦发生在相对定位的表面71、72处，所述表面优选可实施为平坦的，如图14中在沿线A-A的横截面中所示。两个表面71、72因此位于一个平面上。然而，其它形状锁定连接也是可构想的，例如，借助于锥体。入口端口12中的凹陷73与平坦表面71、72相对定位。
与堵塞传感器一样，用于气泡检测的机械部件优选也形成管状端口的一体部分并且无法非破坏性地拆卸。对泵装置的用于支持传感器的类似改适也是可能的，例如以便允许可替代的光学气泡识别方法或允许形成用于温度测量的所定义的接口。
用于超声波的耦合和去耦表面以及用于堵塞传感器的邻接表面优选形成平面，由此使得至相关联的电子传感器的接口也形成例如在医疗设备中可定位的平面。通过这种手段，可容易地实现对良好且简单的可清洁性的要求。
附图标记列表
10 活塞泵、单活塞泵、多活塞泵
11,11‘ 气缸
12 端口、入口端口
13 端口、出口端口
14,15 法兰、安装法兰
16,16‘ 活塞
20 阀板
21,21‘ 流体输送装置，用于法兰侧流体输送的腔体
22,22‘ 流体输送装置，用于穿过阀板输送流体的腔体
23,23‘ 腔室
24,24‘ 流体输送装置、通道
25 阀板的外周表面
26 阀板的旋转轴线、气缸轴线
30,31,32,33 气缸开口
34,35 端口中的通道
40,41 传感器部件、测量膜
42 膜顶侧
43,44 膜侧
50 用于堵塞传感器的凹陷
60 力传感器、柱塞
70 管件
71,72 耦合和去耦表面
73 用于超声波传感器的凹陷

Claims (14)

1.用于泵送流体的活塞泵(10)，
其包括至少一个气缸(11；11‘)，所述气缸具有活塞(16；16‘)，所述活塞可借助于驱动器在所述气缸(11；11‘)内部沿所述气缸(11；11‘)的纵向轴线移动，
其中每个气缸(11；11‘)在端面处包括安装法兰(14；15)，所述安装法兰具有至少一个气缸开口(30；31；32；33)，
并且在气缸侧上、在每个活塞(16；16‘)与所述安装法兰(14；15)之间形成腔室(23；23‘)，所述腔室的体积在相应的所述活塞(16；16‘)在相应的所述气缸(11；11‘)中移动时发生变化，
并且所述活塞泵(10)具有用于供应所述流体的入口端口(12)和用于排出所述流体的出口端口(13)，其中每一入口端口(12)和/或出口端口(13)仅在所述气缸(11；11‘)的轴向方向上延伸，其中
可旋转阀板(20)布置在所述安装法兰(14；15)背离气缸(11；11‘)的一侧上，
所述阀板(20)支承在相应的所述安装法兰(14；15)上，
并且所述阀板附接至所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)的至少一个所述安装法兰(14；15)，
其中所述安装法兰(14；15)在所述入口端口(12)和所述出口端口(13)区域中分别具有至少一个通道(34；35)，所述流体可穿过所述通道(34；35)在所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)与所述安装法兰(14；15)背离所述气缸(11；11‘)的一侧之间流动，
其特征在于，所述阀板(20)在至少一个表面上具有作为流体输送装置的凹陷第一腔体(21；21’)，所述表面面向具有所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)的所述安装法兰(14；15)，通过所述流体输送装置，当所述阀板(20)在两个角位置之间旋转时，在所述两个角位置中的每个位置，至少一个气缸开口(30；31；32；33)可连接至所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)的所述通道(34；35)。
2.如权利要求1所述的活塞泵，
其特征在于，当所述阀板(20)旋转至至少第三角位置时，所述阀板(20)的所述流体输送装置不会使所述气缸开口(30；31；32；33)与所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)的所述通道(34；35)连接。
3.如权利要求1或2所述的活塞泵，
其特征在于，提供了两个安装法兰(14；15)，所述阀板(20)定位在两者之间，
其中在所述两个安装法兰(14；15)上各附接有一个具有至少一个气缸开口(30；31；32；33)的相应气缸(11；11‘)，
而所述入口端口(12)和所述出口端口(13)一起定位在所述两个安装法兰之一(14)处。
4.如权利要求1或2所述的活塞泵，
其特征在于，提供了两个安装法兰(14；15)，所述阀板(20)定位在两者之间，其中具有至少一个气缸开口(30；31；32；33)的相应气缸(11；11‘)以及所述入口端口(12)和所述出口端口(13)中的相应一个端口分别附接至两个安装法兰(14；15)。
5.如权利要求1所述的活塞泵(10)，
其特征在于，至少一个所述第一腔体(21；21‘)凹陷至所述阀板(20)的第一表面中，所述第一表面面向具有所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)的所述安装法兰(14；15)，
其中所述第一腔体(21；21‘)被配置成使得通过旋转所述阀板(20)，可使得所述第一腔体(21；21‘)分别与气缸开口(30；31；32；33)和所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)的所述通道(34；35)同时重合。
6.如权利要求1或5所述的活塞泵(10)，
其特征在于，至少一个第二腔体(22；22‘)凹陷至所述阀板(20)的第二表面中，所述阀板(20)的所述第二表面面向具有所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)的所述安装法兰(14；15)，
并且此外包括流道(24；24‘)，所述流道穿过所述阀板(20)从所述第二腔体(22；22‘)延伸出来，其中所述第二腔体(22；22‘)和相应于所述第二腔体(22；22‘)的所述流道(24；24‘)被配置成使得通过旋转所述阀板，可使得它们分别与所述气缸开口(30；31；32；33)和相对定位的所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)的所述通道(34；35)同时重合。
7.如权利要求1所述的活塞泵(10)，
其特征在于，堵塞传感器分别集成至入口端口(12)和/或出口端口(13)中，所述堵塞传感器无法非破坏性地拆卸。
8.如权利要求7所述的活塞泵，
其特征在于，在所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)中设有至少一个凹陷(50)，所述凹陷由传感器部件(40；41)紧密地覆盖，所述传感器部件由压力敏感材料构成，
其中所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)的材料比所述传感器部件(40；41)的材料硬，
并且所述活塞泵(10)具有力传感器(60)，利用所述力传感器可测得所述传感器部件(40；41)在所述凹陷区域中的压力引起的变化。
9.如权利要求8所述的活塞泵，
其特征在于，所述传感器部件(40；41)与所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)之间的连接是通过双部件工艺制成的注射成型连接，其中所述传感器部件(40；41)作为第二工艺步骤在从硬质部件制造所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)之后施加。
10.如权利要求8或9所述的活塞泵，
其特征在于，所述传感器部件(40；41)是管状的并且附接至所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)，这样使得所述传感器部件从内部或从外部紧密地覆盖相应的所述凹陷(50)。
11.如权利要求1所述的活塞泵，
其特征在于，超声波传感器分别集成至入口端口(12)和/或出口端口(13)中，以用于检测相应所述端口(12；13)中的气泡，所述超声波传感器无法非破坏性地拆卸。
12.如权利要求11所述的活塞泵，
其特征在于，管(70)利用形状锁定配合插入至所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)中，流体穿过所述管供应至所述入口端口(12)或从所述出口端口(13)排出，其中用于超声波的耦合和去耦的表面(71；72)在所述管(70)所引入的区域中设在相应的所述入口端口(12)和/或相应的所述出口端口(13)的两个径向侧上的区域中。
13.如权利要求12所述的活塞泵，
其特征在于，所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)形成为使得所述用于超声波的耦合和去耦的表面(71；72)位于一个平面上。
14.如权利要求13所述的活塞泵，
其特征在于，所述入口端口(12)和/或所述出口端口(13)包括至少一个凹陷(73)。
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