CN107715202A - 具有旋转游隙的蠕动泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于体外血液处理的设备、尤其是透析机的蠕动泵(2)，用于输送所述设备中的流体，所述蠕动泵(2)包括由驱动轴(22)驱动以旋转的转子，所述转子与弹性可变形的流体线路(20)相互作用以形成横截面缩窄处，通过所述转子(18)的旋转使所述横截面缩窄处沿着所述流体线路(20)移位以便输送流体，其中所述转子(18)借助耦接结构(24、25、26、27)来耦接至所述驱动轴(22)以便传输扭矩，其中所述耦接结构(24、25、26、27)将所述转子(18)与所述驱动轴(22)耦接，其中两者在旋转方向上相对于彼此而具有游隙。

Description

具有旋转游隙的蠕动泵
技术领域
本发明涉及一种用于体外血液处理设备、尤其是透析机的蠕动泵，用于输送设备中的流体，所述蠕动泵包括通过驱动轴来驱动旋转的转子，所述转子与弹性/柔性可变形的流体线路相互作用以形成横截面缩窄处，其中通过转子旋转使横截面缩窄处沿着流体线路移位(移动)以便输送流体，并且其中转子借助耦接结构来耦接至驱动轴以便传输扭矩。此外，本发明涉及包括根据本发明的蠕动泵的体外血液处理设备，尤其是包括蠕动泵的透析机。
背景技术
在体外血液处理设备，例如透析机中，蠕动泵的功能是通过使弹性可变形的流体线路变形并且将所述线路夹紧来将规定体积介质诸如血液或透析溶液从负压力侧(低压侧)输送至正压力侧(高压侧)。所述医疗设备中的已知的蠕动泵通常包括转子、泵壳和作为流体线路来安置在转子和泵壳之间的弹性管线。转子以固定扭矩来耦接至机器的传动轴，由所述驱动轴驱动并且支撑例如呈挤压滚筒形式的挤压元件，所述挤压元件适于定位在径向方向上并且借助压缩弹簧来偏置抵靠着管线和泵壳。
这种泵例如从US 3,737,256是已知的，其中挤压滚筒借助叶片弹簧来径向向外偏置。在此泵中，转子经由耦接机构来连接至驱动轴并且在轴线方向上借助螺杆来紧固至所述驱动轴。此泵的缺点在于以下事实：转子只能借助螺纹工具并且相应耗费时间地来释放/更换。
从WO 97/28368 A2，已知一种用于透析机的蠕动泵，其中转子的借助螺旋弹簧来径向向外偏置的挤压滚筒与夹持线路相互作用。转子具有用于驱动电动机的驱动轴的中心接纳开口并且借助枢转手柄来耦接至所述驱动轴，所述手柄与驱动轴正性相互作用。在一方面，手柄可枢转至它与驱动轴正性相互作用的耦接位置，并且另一方面，可枢转至致动位置，在所述致动位置，它与驱动轴分开并且形成用于手动致动转子的某种曲轴。
从US 4,527,323，已知一种用于透析机的蠕动泵，其转子以与US 3,737,256类似的方式来配置并且通过轴颈来轴向推动至驱动轴的狭缝中以便将转子与驱动轴耦接。所述专利进一步公开一种手柄，其适于附接至转子以便手动安装或致动转子。
在已知系统中，尤其在前述泵中，一般缺点是在操作期间发生负载变化或甚至负载反向时，可发生驱动部件的应力增加，由此导致泵的磨损增加。当转子例如借助径向形状闭合或力闭合来可释放地连接或可连接至驱动轴时，尤其可能是这种情况。此类型的负载变化或负载反向可能由于应用而发生，并且可例如由于负载或扭矩反向而导致驱动部件的张力变化或甚至改变。这些负载变化的副作用可能是噪声发射增加。
具体地说，这些负载变化可在蠕动管材泵中发生，其中由于构造而导致总是存在渐合区域和渐离区域，这些区域总体上被称为渐合几何形状和渐离几何形状。渐合区域和渐离区域归因于以下事实：所插入的体外血液循环管材系统具有开放泵管材节段并且它不是完全闭合的管材节段。因此，转子只在特定角度范围内与管材节段啮合并且在与泵壳的相互作用下夹持所述管材节段，同时在啮合以外的其余角度范围中，它得以与管材节段分开。在两个角度范围之间，定位转子啮合在管材节段中的渐合部分和相应地，转子与管材节段分离的渐离部分。当转子在渐离几何形状以外运作时，发生短扭矩变化或甚至扭矩反向，因为为压缩泵节段/管材节段所需要的转子的压缩弹簧利用在渐离期间新形成的径向游隙来进行减压并且允许转子相对于驱动轴的旋转(除了旋转速度以外)来超前，直到驱动轴再次赶上游隙为止。由于驱动轴与同前者相互作用的转子的耦接结构之间的容差，在此情况下可能发生不期望的不利负载传输至齿轮组的齿腹上以及不利的且不期望的声学效应。
发明内容
从前述技术现状开始，本发明潜在的目标是消除前述缺点，尤其提供用于体外血液处理设备，尤其透析机的蠕动泵，其展现较高耐磨性和较低噪声应变。
根据本发明，此目标通过一种用于体外血液处理设备，尤其透析机的蠕动泵来实现，所述蠕动泵用于输送设备中的流体，其中蠕动泵包括通过传动轴或驱动轴来驱动旋转的转子，所述转子与弹性/柔性可变形的流体线路相互作用以形成横截面缩窄处，通过转子的旋转来使所述横截面缩窄处沿着流体线路移动以便输送流体，转子借助耦接结构(耦接)来耦接至传动轴或驱动轴以便传输扭矩，其中耦接结构将转子与驱动轴耦接，所述转子和驱动轴在旋转方向上彼此具有游隙。
此外，所述目标通过体外血液处理设备、通过尤其如本发明公开或如附属权利要求中主张的根据本发明的蠕动泵来实现。
本发明的当前标的物也可被定义为本发明在于径向锁定元件(作为根据本发明的耦接结构的部件)的径向自由度增加，因而使得已知的泵中存在的不期望的不利负载被传输至驱动轴和与其相互作用的上游齿轮组的齿腹上得以减少/防止。此外，在已知的泵中发生的在经过渐合和/或渐离区域时由负载变化/扭矩变化所导致的声学效应(咔哒声)可通过本发明来减少并且可获得齿轮装置的经过改进的使用寿命。
由于耦接结构的几何形状，所述耦接结构促进由耦接结构限定的角度范围内的某种“自由轮转”。所述角度范围可尤其凭经验来确立。选择/凭经验确立的角度范围通常取决于蠕动泵的个别功能元件诸如(即)转子和驱动轴的设计和材料性质，以及相应采用/规定的操作参数(例如，旋转速度)。根据本发明，由耦接结构产生的在旋转方向上的游隙可基本上在转子远离泵节段的渐离区域和/或转子接近泵节段的渐合区域中起作用，并且相应地实现其根据本发明预定的效应。
如上文相对于技术现状所描述，在渐合区域和/或渐离区域中，可发生作用于转子的压力元件的径向力(或作用于转子的动量/周向力)的变化或甚至反向，其也可影响驱动轴和可操作地连接至后者的驱动机构(齿轮装置)。在转子，尤其与流体线路(支撑流体线路的结构)相互作用的挤压元件，与夹持流体线路的部分渐离之后，例如可尤其在旋转方向上产生额外扭矩。这种额外扭矩必须通过驱动轴来吸收并弥补，因此将具有关于声学发射(咔哒噪声)和驱动轴和其齿轮装置的负载的不利效应。根据本发明提供的耦接结构的游隙可弥补或至少减少这些变化，这归因于以下事实：转子可具有相对于驱动轴的相对超前和相对超限运动。尽管所提供的游隙，转子和驱动轴仍然彼此耦接以便传输扭矩。
通过根据本发明的自由轮转功能(归因于在旋转方向上起作用的耦接结构的游隙)，尤其也可实现双侧旋转方向(向前和向后)。此外，转子可被定位成基本上是自由的，这在例如插入和移除流体线路的范围内，尤其在流体线路的自动螺合和抽出功能的范围内是必需的/有利的。同时，不期望的不利负载传输至可操作地连接至驱动轴的齿轮装置或齿轮组的齿腹上可甚至得以完全消除。如与技术现状相比，声学影响可明确地减少。总之，本发明对于齿轮装置的使用寿命具有正性影响。原则上，本发明可适用于几乎所有已知的蠕动泵，不论是否转子和驱动轴以固定或可释放的方式彼此耦接。此外，它在转子与驱动轴之间的形状闭合、力闭合以及材料闭合的情况下是可适用的。
根据本发明的设备的蠕动泵可以常见方式将规定体积介质诸如血液或透析溶液从低压侧、通常是动脉侧输送至高压侧、通常是静脉侧。将弹性流体线路插入所述蠕动泵中，所述流体线路在转子与由环路形状的支撑表面模块形成的支撑表面之间形成。它可尤其通过外壳模块来引导或保持。转子和支撑弹性流体线路的支撑表面被配置并彼此调适以使得在其之间形成输送距离。在其行程中，弹性可变形的流体线路在转子围绕转子轴旋转时得以变形并夹紧。转子被配置成使得流体线路只局部地或部分地被夹持。举例来说，它可包括偏置抵靠着流体线路和/或适于相对于转子轴来定位的夹持元件。由于与转子接触所导致的夹持点与旋转转子一起移动，可以说是从低压侧向高压侧移动穿过流体线路。因此，流体在输送方向上被强制从流体线路中流出。重新供应的流体通过低压，尤其真空来吸入线路中，所述低压由于流体线路在通过转子来变形之后的弹性还原而导致形成。弹性可变形流体线路可为例如管材。
通过本发明，尤其可获得以下优势：
通过耦接结构的形状闭合的(角度/外周受限)自由轮转功能，就可维持对双侧旋转方向的要求；
不期望的不利负载传输至尤其(上游)齿轮装置单元的齿腹上可得以(完全)消除；
声学影响通过所整合的自由轮转功能来(明确地)减少；
齿轮装置的使用寿命可正性地受到影响；
明确地更安静地治疗患者是可能的；
在齿轮装置处检测到更少磨损。
本发明的有利实施方式在附属权利要求中主张并且将在下文说明。
蠕动泵的一个实施方式的特征在于转子和驱动轴可移除地彼此耦接。这促进泵的尤其容易清洁和维护。此外，流体线路可容易地更换。
优选地，耦接结构可具有平行于旋转轴来形成的至少一个扁平第一导向轮廓。所述第一导向轮廓可在转子侧或在驱动轴侧形成。它可尤其呈导向表面形式，例如呈扁平导向表面形式。此导向表面可通过例如将驱动轴正好平行于其旋转轴来扁平化而得以尤其简单地配置。当耦接结构在旋转轴的沿直径相对侧上包括彼此平行的两个扁平第一导向轮廓时，是尤其有利的。这允许均匀扭矩传输，尤其在旋转方向交替的情况下。
根据本发明的另一个实施方式，耦接结构包括至少第二导向轮廓。它被成形并且用于与耦接结构的第一导向轮廓相互作用。它可尤其由至少两个导向表面来形成，所述导向表面平行于旋转轴来布置并且相对于彼此倾斜。另外，可在驱动轴侧或在转子侧来提供第二导向轮廓。当第一导向轮廓在转子侧形成时，例如，第二导向轮廓在驱动轴侧形成，反之亦然。第一和第二导向轮廓导致扭矩在驱动轴与转子之间的传输。
根据本发明的进一步实施方式，第二导向轮廓可在其两个导向表面之间的过渡中是圆形的。或者，第一导向轮廓可在这方面是圆形的。此倒圆的半径可在约5mm至约25mm范围内，更优选地约10mm至约20mm，甚至更优选地约15mm。此圆形几何形状促进由耦接结构提供的游隙区域中在负载变化时的超前和超限运动之间的尤其平滑过渡。第一导向轮廓可以说是在游隙范围内的相对旋转期间转动离开第二导向轮廓的半径，并且可平滑地从第一相对位置(例如，同步运作)变化至第二相对位置(例如，超前)。因此，这允许驱动轴在扭矩闭合中与耦接结构，并且由此与转子平滑地重新啮合。当根据本发明的一个实施方式的耦接结构在旋转轴的沿直径相对侧上包括此类型的两个第二导向轮廓时，是特别有利的。
通过将第二导向轮廓配置成部分地或另外完全地是圆形的，可获得类似效应和优势。倒圆尤其是平行于旋转轴来延伸。它的半径可优选地在5mm至约25mm范围内，更优选地约10mm至约20mm或甚至更优选地约15mm。当根据本发明的一个实施方式的耦接结构在旋转轴的沿直径相对侧上包括此类型的两个第二导向轮廓时，是特别有利的。
第一和第二导向轮廓可尤其简单地配置，因为根据本发明的进一步实施方式，驱动轴或转子具有中心凹槽或在两侧扁平化。这是稳固的、容易制造并且可尤其容易地允许将转子从驱动轴上拆下。
本发明的一个实施方式的特征在于转子可借助锁定元件来耦接至驱动轴或包括锁定元件，其中第一导向轮廓或第二导向轮廓(和相应地多个第一导向轮廓或多个第二导向轮廓)在锁定元件上形成。在一方面，锁定元件可用于形成转子与驱动轴之间的扭矩闭合。另一方面，它可用于将转子锁定在定位在驱动轴上的状态下以使得可排除在处理期间转子的无意释放。
锁定元件可尤其围绕与旋转轴呈横向的枢轴来布置以便对于转子起中枢作用。它可适于定位在经由耦接结构将转子与驱动轴彼此耦接的锁定位置，和将转子与驱动轴分开的解锁位置。对于包括此快速动作锁定元件的泵来说，可在无需借助工具/螺纹工具的情况下耗费极少时间来手动释放/更换转子是有利的。锁定元件可尤其在解锁位置中与转子相互作用以使得它可用作分别手动致动和手动驱动转子的手柄。这在电源故障的情况下尤其有利于能够确保连续的泵功能。在解锁位置中，转子可与驱动轴分开以使得例如可对流体线路进行更换和/或泵可容易地接近以便清洁。
也可表明本发明涉及一种功能整合锁定元件，它用于转子与转子的驱动轴的可释放的正性锁定的轴-中枢器连接。转子和在需要时驱动轴可为蠕动滚筒泵的部件，尤其用于医疗工程的管材泵，其预定应用可尤其见于体外血液处理中。转子与泵节段的弹性材料性质一起提供了确保将血液输送至透析器的泵送功能，所述泵节段被插入抵靠着环路形状的泵壳的圆筒形运作表面。
附图说明
在下文中，本发明将通过附图所示示例性的非限制性实施方式来详细地示出，其中：
图1示出体外血液处理设备的剖切示意表示。
图2示出包括根据本发明的耦接结构的锁定元件的顶视图。
图3示出图2的锁定元件的另一个顶视图。
图4示出根据本发明的耦接结构的放大剖切图。
图5示出在第一操作条件下的包括根据本发明的耦接结构的转子的底视图。
图6示出在第二操作条件下的转子的底视图，以及
图7示出在第三操作条件下的转子的底视图。
具体实施方式
图1例示了根据本发明的体外血液处理设备的剖切图。实质上示出了该设备的整个体外血液循环。它包括了动脉血液线路1，借助所述动脉血液线路，血液从患者(未示出)引导至处理设备的模块化设计的蠕动泵2。在蠕动泵2的上游，提供动脉压传感器3，用于测量蠕动泵2上游的压力，即，低压侧压力。在蠕动泵2的高压侧，高压血液线路4通向动脉血液收集器5。直接在蠕动泵2的出口处，添加物可借助馈送线路6和泵7来供应至存在于系统中的血液，例如用于血液稀释的肝素。
从动脉血液收集器5，线路8将处在高压下但是仍未处理并且负载有废物材料的血液引导至透析器9。在入口侧，透析溶液经由透析溶液馈送线路10来供应至所述透析器9。在透析器9中，血液经处理，例如借助透析溶液以已知方式净化。已用透析溶液经由透析溶液排放管11从透析器9中移除并且供应至废物处置或再循环(未示出)。已处理血液借助血液排放管12从透析器9引导至静脉空气收集器13，其中空气借助气阱14来分离。在静脉空气收集器13处，提供静脉压传感器15用于检测静脉压，即，高压侧压力。已处理血液从气阱14经由静脉血液线路16返回至患者。在图1中，还示出用于监测和控制设备的单元17。体外血液处理设备通过外壳100来密封，所述外壳100至少部分地被配置为成形金属板部分。
蠕动泵2包括图1指示的转子18和具有导向表面的同样指示的泵壳19。在转子18和泵壳19的导向表面之间，布置弹性可变形的流体线路20，其在入口侧连接至动脉血液线路1并且在出口侧，连接至高压血液线路4。流体线路20通过在其与泵壳19的导向表面之间的转子18的作用来变形并夹持以使得流体从动脉血液线路1输送至高压血液线路4得以实现。
图2示出用于将转子18锁定在透析机的驱动轴22上的锁定元件21，其在图4至7中可见。锁定元件21包括枢转突舌23，所述锁定元件21可通过所述枢转突舌23来可枢转地固定至转子18。在锁定元件21中配置有凹槽，其壁24、25形成根据本发明的相应第二引导轮廓。
图5至7示出与驱动轴22啮合的锁定元件21的第二导向轮廓24、25。后者被配置成在两侧平行于其旋转轴来扁平化并且包括呈扁平化部分或导向平面26、27形式的两个第一导向轮廓，其沿直径彼此相对。所述导向平面26、27是扁平的并且被配置成彼此平行。与此相反，第一导向轮廓的导向表面24、25被配置成圆形，具有第一半径R1和第二半径R2。根据本发明，第一半径可为约5mm至约25mm，更优选约10mm至约20mm，甚至更优选约15mm。第二半径优选地为约3mm。此外在图5至7中，示出转子18的挤压滚筒29、30，其与流体线路20相互作用并且夹持所述流体线路以便将流体穿过其中输送。挤压滚筒29、30中的每一个分别可旋转地支撑在相应枢转臂31和32上，通过压缩弹簧33、34来偏置以便接触流体线路20。枢转臂31、32中的每一个围绕枢轴35、36来枢转。
除非挤压滚筒29、30中的任何一个与流体线路20夹持啮合，否则其相应枢转臂31和32通过相应压缩弹簧33、34的作用来向外枢转，即远离驱动轴22。在渐合区域中，相应挤压滚筒29、30与流体线路20接触，并且在连续旋转期间，由于挤压滚筒29、30与支撑表面之间之距离减少，所述挤压滚筒29、30在驱动轴22的方向上向内枢转。在经过渐合部分之后，相应挤压滚筒29、30到达流体线路20的输送部分并且夹持所述流体线路20以便输送流体。在经过输送部分之后，相应挤压滚筒29、30进入渐离部分，并且在经过渐离部分时，挤压滚筒29、30与导向表面的径向距离再次增加并且由于流体线路20施加的压力减少，相应枢转臂31、32再次向外枢转(远离驱动轴22)。在图7中插入转子18与驱动轴22之间的最大相对摆角α，其具有最大超前。
图4放大性地示出在第二导向轮廓的圆形导向表面24、25与第一导向轮廓的扁平导向表面之间形成间隙28，其在旋转方向上提供游隙。可明确推断在转子18相对于驱动轴22旋转时，第一导向轮廓26、27可转动离开第二导向轮廓24、25。通过图5、6和7的比较，所述转动离开过程或转子18与驱动轴22之间的相对旋转变得尤其明确。在图5中，示出操作条件，其中驱动轴22在操作位置或中间位置中与转子18啮合。当两个挤压滚筒29、30中没有一个到达渐合区域或渐离区域时，呈现此位置。如果滚筒29、30中的任何一个到达泵出口区域(其中滚筒提升离开流体线路)，转子18通过相应压缩弹簧33、34的压力在旋转方向上(在图中顺时针)来加速，因此暂时地比驱动轴22更快速地旋转。这种条件(超前)在图6和7中示出。由于游隙28，转子18与驱动轴22之间的前述相对定位以及由此而描述的负载和动量变化不传输至后者。

Claims (11)

1.一种用于体外血液处理的设备、尤其是透析机的蠕动泵(2)，用于输送所述设备中的流体，所述蠕动泵(2)包括由驱动轴(22)驱动以旋转的转子(18)，所述转子(18)与弹性可变形的流体线路(20)相互作用以形成横截面缩窄处，其中通过所述转子(18)的旋转使所述横截面缩窄处沿着所述流体线路(20)移位以便输送流体，并且其中所述转子(18)借助耦接结构(24、25、26、27)来耦接至所述驱动轴(22)以便传输扭矩，
其特征在于
所述耦接结构(24、25、26、27)将所述转子(18)与所述驱动轴(22)耦接，其中两者在旋转方向上相对于彼此而具有游隙(28)。
2.如权利要求1所述的蠕动泵(2)，其特征在于，所述转子(18)和所述驱动轴(22)可释放地彼此耦接。
3.如权利要求1所述的蠕动泵(2)，其特征在于，所述耦接结构(24、25、26、27)包括平行于所述旋转轴形成的至少一个扁平第一导向轮廓(26、27)。
4.如权利要求3所述的蠕动泵(2)，其特征在于，所述耦接结构(24、25、26、27)在所述旋转轴的沿直径相对侧上包括彼此平行的两个扁平第一导向轮廓(26、27)。
5.如权利要求1所述的蠕动泵(2)，其特征在于，所述耦接结构(24、25、26、27)包括由至少两个导向表面(24、25)形成的至少第二导向轮廓(24、25)，所述导向表面平行于所述旋转轴来布置并且相对于彼此而倾斜。
6.如权利要求5所述的蠕动泵(2)，其特征在于，所述第二导向轮廓(24、25)被配置成在其所述两个导向表面(24、25)之间的过渡中是圆形的，优选地具有约5mm至约25mm、更优选地约10mm至约20mm、甚至更优选地约15mm的半径(R1)。
7.如权利要求1所述的蠕动泵(2)，其特征在于，所述第二导向轮廓(24、25)被配置成是圆形的，优选地具有约5mm至约25mm，更优选地约10mm至约20mm，甚至更优选地约15mm的半径(R1)。
8.如权利要求5至7中任一项所述的蠕动泵(2)，其特征在于，所述耦接结构(24、25、26、27)在所述旋转轴的沿直径相对侧上包括此类型的两个第二导向轮廓(24、25)。
9.如权利要求2至4中任一项所述的蠕动泵(2)，其特征在于，所述驱动轴(22)或所述转子(18)具有中心凹槽或在两侧具有扁平化部分。
10.如权利要求1所述的蠕动泵(2)，其特征在于，所述转子(18)适于借助锁定元件(21)来耦接至所述驱动轴(22)或包括所述锁定元件(21)，其中所述第一导向轮廓(26、27)或所述第二导向轮廓(24、25)在所述锁定元件(21)上形成。
11.如权利要求1所述的蠕动泵(2)，其特征在于，所述锁定元件(21)被布置成围绕与所述转子(18)上的转子轴呈横向的枢轴(23)来枢转并且适于定位至经由所述耦接结构(24、25、26、27)来将所述转子(18)耦接至所述驱动轴(22)的锁定位置和将所述转子(18)与所述驱动轴(22)分开的解锁位置。
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