DD297861A5 - Verdraengerpumpe - Google Patents

Abstract

Verdraengerpumpe mit einer Pumpkammer (16-1) mit veraenderlichem Volumen und einem Antriebsmechanismus (26-1) mit einem Verdraengerteil (25-1) zur Verringerung des Volumens der Pumpkammer * Fluid tritt in die Pumpkammer (16-1) aus einer Zufuhrkammer (15-1) ein, welche neben der seitlichen Auszengrenze der Pumpkammer (15-1) angeordnet ist und diese umgibt, und zwar durch einen von einem Ventil gesteuerten Einlaszdurchgang * der sich zur Pumpkammer (16-1) in einer laenglichen spaltartigen Einlaszoeffnung oeffnet. Der Einlaszdurchgang ermoeglicht, dasz das Fluid aus der Zufuhrkammer (15-1) in die Pumpkammer (16-1) mit im wesentlichen keinem Druckverlust stroemt.

Description

Hierzu 11 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Verdrängerpumpe nach der Erfindung kann als Blutpumpe angewendet werden, z. B. zum Ersetzen des anatomischen Herzens oder bei einer Herzoperation zur Unterstützung des Herzens.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Verdrängerpumpen - d. h. Pumpen, die eine Pumpkammer mit veränderlichem Volumen haben, welche ein bewegliches Verdrängerelement aufweist - 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. Weyen 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 Auslaßöffnugnen 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 verhältnismäßig 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.

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. Viertans 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.

Mechanische Blutpumpen für vorübergehende Verwendung, wie z.B. während einer Herzoperation, oder zur Untorstützung eines beschädigten Herzens eine kurze Zeit lang, während es heilt, werden zunehmond 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 gesteuort werden. Derzeitige mechanische Blutpiirnpensysteme erfordern, dsS 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.

Lundbäck beschreibt in der US-PS 4,648,877 (10. März 1987) eine Blutpumpe und zeigt diese, welche sehr wirkungsvoll die vorerwähnten Erfordernisse erfüllt. Die hiernach bekannte Pumpe hat eino Zufuhrkammer (Atrium) und eine Pumpkammer (Ventrikulum), welche durch einen kurzen Durchgang mit einem Einwegeventil verbunden ist. Die Kammern sind aus einem flexiblen, iin wesentlichen nicht dehnbaren Material gebildet und können recht preiswert hergestellt werden und können somit in Benutzungsfällen von unterschiedlichen Patienten außerhalb des Körpers ersetzt werden. Ein Antriebsring wird in einer Richtung angetrieben, um das Volumen der Pumpkammer zu verringern, d. h. um Blut aus der Pumpkammer zu pumpen, und es wird in der entgegengesetzten Richtung bewegt für die Zufuhr von Blut in Abhängigkeit 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 Flußbeschränkungen minimal gemacht, die Pumpe hat aber drei relativ kleine Öffnungen, von denen zwei ein Einwegeventil haben.

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Verdrängerpumpe, die geringe hydraulische Fließverluste hat und möglichst viele der oben genannten Bedingungen erfüllt.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Verdrängerpumpe, bei welcher der Druckverlust über dem Pumpenzulaß minimal wird, um dadurch eine schnelle Strömung zur Pumpkammer sicherzustellen, selbst bei einem sehr kleinen Differentialdruck über den Einlaß zur Pumpkammer.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ein 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 (Einleitungspulsieren). Diesbezüglich ist es erwünscht, daß Einwegeventile, die in der Lage sind, zuverlässig zu schließen, im wesentlichen ohne die Notwendigkeit, einer Gegenströmung unterworfen zu sein und ohne eine solche hervorzurufen, vorgesehen werden sollten, so daß Stöße oder Schocks, die aus dem Gegenstrom resultieren, vermieden werden. Beabsichtigt ist auch, Vereinfachungen vorzusehen und die Kosten von Pumpenersatzteilen minimal zu machen, d. h. von allen Leitungen, Kammern und Ventilen, durch welche das Blut (oder ein anderes Fluid) strömt und die voizugsweise 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. 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 Flioßmittel von der Zufuhrkammer zur Pumpkammer geführt wird, und einen Auslaß aufweist, durch welchen das Fluid abgezogen oder ausströmen gelassen wird. Ein Verdrängerteil, welches der Pumpkammer zugeordnet ist, ist in entgegengesetzter 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 Pumpkammerzu verringern. Ein Einlaßventil schließt den Einlaßdurchgang, um den Fluidrückfluß aus der Pumpkammor heraus durch den Einlaßdurchgang zu blockieren. 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 Verdrängungszone angeordnet ist, wodurch Fluid in die Pumpkammer durch den Einlaßdurchgang im wesentlichen ohne jeden Druckverlust eintreten kann. Vorzugsweise weist die Pumpkammer ein bewegliches Wandteil auf, welches von dem Verdrängerteil beim Ausstoßhub in Eingriff bringbar ist und von dem Verdrängerteil während des Ansaughubes so außer E'ngriff 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 wesentlichen größer als die Höhe ist. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Wand der Pumpkammer quer zur Bewegungsrichtung des Verdrängerteils aus einem flexiblen Material gebildet und wird von dem Verdrängerioil in Eingriff gebracht und durch die Verdrängungszone hindurch von diesem gewölbt bzw. durchgebogen, um das Volumen der Kammer zu verringern. Eine Wand des Einlaßdurchgangs 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 angebracht 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.

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 vorteilhafter Weise werden die Zufuhrkammer, der Einlaßdurchgang 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 Umfangen dichtend verbunden. Die festen Stützteile definieren die Gestaltungen bei maximalen Volumina der Kammern und gestalten die Einlaßöffnung zur Pumpkammer.

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. Kräusein und sorgen für eine Gleichmäßigkeit der Fluidströmung radial in die Pumpkammer hinein. Da ein Auslaß axial gegenüber dem Verdrängerteil angeordnet ist, ist eine gleichmäßige Ausströmung radial und dann axial sichergestellt. Bei der Kreisform erfolgt die Strömung durch die Pumpe bei geringen Turbulenzniveaus, aber mit relativ hohen Geschwindigkeiten, ohne ruhige Bereiche.

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 Ansang- als auch des Ausstoßhubes der zweiten Stufe, und Pulsierungen beim Ausstoß werden reduziert.

Das bevorzugte Kammerelement -vorgeformte Lagen aus ,!sxiblem Material, die an ihren Umfangen 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 Wegwerfbestandteil zu sein.

AusfOhrur.gsbeisplele

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen

Figuren 1A bis 7 A: im allgemeinen schematische Querschnittsansichten von sieben Ausüfhrungsformen von

Einzelstufenpumpen, die in ihren Gestaltungen während des Ansaughubes gezeigt sind; Figuren 1B bis 7 B: im allgemeinen schematische Querschnittsansichten der betreffenden Ausführungsformen der Figuren 1A bis 7 A, während ihrer Ausstoßhübe gezeigt;

Figur 6C: eine Draufsicht auf das Kammerelement der Ausführugnsform der Figuren 6 A und 6B;

Figur 7C: eine schematische Querschnittsansicht der Ausführungsform der Figuren 7 A und 7 B am Ende des

Ansaughubes; Figuren 8A und 8 B: schematische Querschnittsansichten einer Zweistufenpumpe gemäß der Erfindung bei unterschiedlichen Betriebszuständen;

Figuren 9A und 9 B: Ansichten ähnlich den Figuren 8A und 8 B unter Darstellung einer modifizierten Zweistufenpumpe; Figuren 10 A und 1OB: schematische Querschnittsansichten einer weitdt en Zweistufenpumpe gemäß der Erfindung bei unterschiedlichen Betriebszuständen entsprechend den in den Figuren 8A, 9A bzw. 8B, 9 B gezeigten

Zuständen; und Figur 10C: eine Draufsicht auf das Kammerelement der Ausführungsformen der Figuren 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.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung 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 Einwegekammerefementes mit einem Einlaß und einem Auslaß und aus einem flexiblen, aber im wesentlichen nicht dehnbaren bzw. nicht streckbaren Material hergestellt, wie z. B. Polyethylen, Polyurethan oder einem anderen Kunststoffilm. Bei anderen nicht beschriebenen Ausführungsformen können einige oder alle diese Oberflächen jedoch Oberflächen stationärer und bewegbarer Pumpenelemente aus beispielsweise Metall sein, die permanente Teile der Pumpe sind. Auch das Kammerelement muß nicht kreisförmig sein.

Wie in den Figuren 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.

Das Element 12-1 weist eine ringförmige Zufuhrkammer 15-1 auf, in welche sich die Finlaßverbindung 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. Das Element 12-1 kann aus beliebigem flexiblem Material hergestellt 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. Das Gehäusegrundteil 10-1 stützt verschiedene bewegliche Bestandteile, aufweichen das Element 12-1 ruht und welche das Pumpen durch ihre wiederholten oder zyklischen Bewegunc Jn zustandebringt. Diese Bestandteile weisen ein mittig angeordnetes Auslaßventilteil 20-1 auf, welches dazu dient, den A-'slaßdurchgang 18-1 zu öffnen und zu schließen, um die Strömung zwischen der Pumpkammer 16-1 und der Auslaßverbinuuiig 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 Aufwärtsbewegung den Elementwänden die Möglichkeit zu geben, sich wegzubewegen, so daß der Auslaßdurchgang 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. 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 Einlaßventilteil 23-1 ist ringförmig, und seine Aufwärts- und Abwärtsbewegungen werden von einem Hebel 24-1 abgeleitet, der seinerseits synchron zum Hebel 22-1 von einem motorgetriebenen Nocken (der nicht gezeigt ist) betätigt wird.

Zwischen den Ventilteilen 20-1 und 23-1 und gegenüber der Pumpkammer 16-1 ist ein ringförmiges Verdrängerteil 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 Verdrängerteil 25-1 dient nach seiner Aufwärtsbewegung dazu, die untere Pumpkammerwand zu verdrängen und dadurch das Volumen der Pumpkammer 16-1 zu verringern, und nach seiner Abwärtsbewegung die Ausdehnung der Pumpkammer zu ermöglichen, sobald Fluid in die Pumpkammer strömt.

Bei den Ausführungsformen der Figuren 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 Zufuhrkammer 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.

Im Betrieb der Pumpe arbeitet die Zufuhrkammer 15-1 als ein Reservoir, dessen Volumen in Abhängigkeit von der hereinkommenden Strömung geändert wird und welches kontinuierlich Flüssigkeit unter relativ geringem Druck durch die Einlaßverbindung 13-1 aufnimmt. In der in Figur 1A gezeigten Phase des Pumpenzyklus, wo der Einlaßdurchgang 17-1 offen ist und das Verdrängertei! 25-1 sich nach unten bewegt oder seine unterste Position gerade erreicht hat, strömt Flüssigkeit aus der Zufuhrkammer 15-1 durch den Einlaßdurchgang 17-1 in die Pumpkammer 16-1. Das Füllen der Pumpkammer kann sehr schnell erfolgen, denn der Einlaßdurchgang ist sehr lang, d. h. er hat eine sehr große Umfangsausdehnung, 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 tus 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 infolge der großen Fläche des Einlaßdurchganges und der kurzen Füllänge kurze Füllzeiten haben.

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 Einlaßcurchgang 17-1 herrscht, denn innerhalb der Pumpkammer wird kein Saugen erzeugt als direkte Folge der Abwärtsbewegung des Verdrängerteils 25-1; das Verdrängerteil hat keine kraftübertragende Verbindung mit dem Element 12-1, welches in der Expansionsrichtung der Pumpkammer (abwärts) wirksam ist.

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. Wie in Figur 1B gezeigt ist, wird der Einlaßdurchgang 17-1 dann durch eine Aufwärtsbewegung des Einlaßventilteils 23-1 geschlossen, und der Auslaßdurchgang 18-1 wird durch eine Abwärtsbewegung des Ventilteils 20-1 geöffnet. Dann wird das Verdrängerteil 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 Verdrängerteil 25-1 wird nach unten zurückgezogen, und der Einlaßdurchgang 17-1 wird wieder geöffnet, so daß ein anderer Pumpenzyklus ausgeführt werden kann.

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 Innenverlusten und entsprechend mit einer sehr hohen Leistung pumpen. Solange die hereinkommende Strömung zur Pumpe die Fließgeschwindigkeit nicht übersteigt, welche dem Produkt des Maximalhubvolumens 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. ZuStrömungsgeschwindigkeiten durch die Einlaßverbindung 13-1 schafft deshalb die Pumpe einen kontinuierlichen Zustrom, der frei von Druckpulsieren und Unterbrechungen ist. Wenn die Zuströmung die Fließgeschwindigkeit überschreiten sollte, welche dem vorgenannten Produkt entspricht, kann die Geschwindigkeit oder Hubgeschwindigkeit der Pumpe erhöht werden. Wegen der kleinen inneren Verluste kann die Hubgeschwindigkeit auf hohe Niveaus angehoben werden.

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 Fassungsvermögens der Zufuhrkammer 15-1, welches ausreichend groß ist - vorzugsweise im wesentlichen größer als das der Pumpkammer 16-1 -um ein Füllen der Puinpkammer 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 Einlaßdurchgang 17-1 zur Verfugung, wenn die Füllphase beginnt.

Das Element 12-1 ist im Pumpengehäuse 10-1/11 -1 derart angeordnet, daß sich die Zufuhrkammer 1G-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.

Die Ausführungsform der Figuren 2 A und 2 B unterscheidet sich von der der Figuren 1A und 1B nur darin, daß die Rollen b?w.

Walzen 27-1 weggelassen sind und die Zufuhrkammer 15-2 zur Atmosphäre hin offen ist. Deshalb wird der Druck, unter welchen das Füllen der Pumpkammer 16-2 erfolgt, durch die Niveaudifferenz zwischen dem Einlaßdurchgang 17-2 und der freien Flüssigkeitsoberfläche in der Zufuhrkammer bestimmt.

Bei der Ausführungsform der Figuren 3 A und 3 B ist die Zufuhrkammer 15-3 offen wie in den Figuren 2 A und 2 B.

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 Ausführungsformen durch Teile des Gehäuseteils 10-3 ersetzt, weiche 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. Kunststoff) 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 verschieben können.

Wenn die Flüssigkeit im Einlaßdurchgang oder im Auslaßdurchgang einwärts strömt, werden die Klappon im Abstand gehalten, ohne merklich der Flüssigkeitsströmung zu widerstehen bzw. entgegenzustehen, sobald aber die Flüssigkeit die Neigung hat, in die entgegengesetzte Richtung zu fließen, schließen die Klappen den Durchgang und blockieren dio 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.

Die Klappen können so ausgestaltet sein, daß sie mittels ihrer Elastizität, der anfänglichen Gestalt oder auf andere Weise dazu beitragen, die Strömung de' Flüssigkeit zu beschleunigen, sobald sie geöffnet werden. Ferner können sie zur geschlossenen oder offenen Position hin etwas vorgespannt sein.

Bei einer modifizierten Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, kann eines der Ventile oder können beide Ventile ein Quetschventil der in den Figuren 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.

Wie in den Figuren 3A und 3B gezeigt ist, sind die Klappenventile durch ein Klappenelement gebildet, welches von den Kammerelementwänden separat ist. Die Klappen können jedoch in vorteilhafter Weise auch aus einer Falte in der Lage oder im Filmmaterial gebildet sein, aus welchem das Element hergestellt ist, woei 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 Kunststoffgegenständen (Vakuumformen und Spritzformen). Dieselbe Gestaltung kann auch bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen verwendet bzw. dort aufgenommen werden.

Die in den Figuren 4 A und 48 gezeigte Ausführungsform ist ähnlich der der Figuren 1A und 1 B 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 Verdrängerteil 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 (Figur 4 B) nur in der Nähe des Endes des Pumphubes gebildet, was bezüglich der Form und Funktion etwas unterschiedlich gegenüber den vorherigen Ausführungsformen ist.

Die in den Figuren 5A und 5B gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der der Figuren 4 A und 4 b dadurch, daß die Rollen bzw. Walzen für das Umrühren der Flüssigkeit in der Zufuhrkammer 10-5 weggelassen sind, dadurch, daß das Einlaßventil 23-5 eine einzige Ringklappe aus flexiblem Material aufweist, 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.

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.

Die Figuren 6A und 6B zeigen eine Ausführungsform, die ähnlich der der Figuren 5A und 5 B ist mit Ausnahme der Positionierung und Gestaltung des Auslaßdurchganges 18-6, der Auslaßverbindung 14-6 und des zugeordneten Auslaßventiles 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.

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 Figur 6c, die eine Draufsicht des Kammerelementes 12-6 ist).

Bei der in den Figuren 6A, 6B und 6C gezeigten Ausführungsforrn 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 Flüssigkeit stagnieren oder gezwungen werden könnte, abrupten Fließrichtungsänderungen unterworfen zu werden, um den Auslaßdurchgang zu erreichen. Die Auslaßverbindung 14-6 der Ausführungsform der Figuren 6A, 6 B, 6C muß nicht notwendigerweise mit der Einlaß verbindung in Flucht liegen, sondern kann 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. Die Figuren 7 A, 7 B und 7 C 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 Antriebsmechanismus des Verdrängerteils 25-7 ein-im einzelnen nicht gezeigter-Schraubspindelmechanismus mit Kugellager, dessen Schraubenspindel eine drehfeste Verbindung mit dem Rotor 28-7 eines Elektromotors hat, der im Grundteil 10-7 des Pumpengehäuses angeordnet ist.

Aus einem Vergleich der Figuren 7 A, 7 B, 7 C miteinander wird klar, daß die Bewegung des Verdrängerteils 25-7 bei dieser Ausführungsform einen direkten Einfluß auf die Gestalt und das Volumen der Zufuhrkammer hat. Sobald also das Verschiebebzw. Verdrängerteil sich nach unten bewegt („abfällt"), siehe Figur 7 A, nimm* das Volumen der Zufuhrkammer ab, denn das Verdrängerteil läßt die Zufuhrkammer zusammenfallen, siehe Figur 7 C. Die F> issigkeit in der Zufuhrkammer strömt dann in die Pumpkammer 16-7 zusammen mit der Flüssigkeit, welche durch die Einlaßverbindung 13-7 in die Pumpe eintritt. Sobald das Verdrängerteil nach oben getriebe» wird und dadurch das Volumen der Pumpkammer verringert, siehe Figur 7 B, wird die Zufuhrkammer vergrößert, und gleichzeitig wird das Einlaßventil 23-7 geschlossen. Die Flüssigkeit, die dann über die Einlaßverbindung eintritt, wird in der Zufuhrkammer aufgenommen und strömt dann nach der folgenden Abwärtsbewegung des Verdrängerteils in die Pumpkammer, wie beschrieben.

Die in den Figuren 7 A, 7 B, 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.

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 (Figur 7 C) 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.

Das Einlaßventil 23-7 der in den Figuren 7A, 7 B, 7C gezeigten Ausführungsform ist auch ein Ventil mit ringförmiger Klappe, welches am Verdrängerteil angebracht ist und sich infolgedessen 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 anzubringen und für ihr bewegbares Teil die Anordnung so zu treffen, daß es mit dem Verdängerteil zusammenwirkt.

Wie bei den anderen gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen, 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 ermöglichen, 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 de^r 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 Auslaßventil 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.

Die Figuren 8 A und 8 B zeigen eine Pumpe, in welcher zwei Verdrängerteile 25-8 A, 25-8 B vorgesehen sind, die in Gegenphase arbeiten, um die Volumina unterschiedlicher Abschnitte der Pumpkammer zu unterschiedlichen Zeiten zu verringern. Ein Verdrängerteil 25-8A ähnelt dem Verdrängerteil, welches in den Figuren 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 Figuren 4 bis 6 ist und mit einer zentralen Auslaßverbindung 14-8 in Verbindung steht.

Das andere Verdrängerteil 25-8B ist ringförmig und konzentrisch zu dem erstgenannten zentralen Teil, Dieses ringförmige, äußere Teil dient der Reduzierung des Volumens eines ringförmigen Pumpkammerabschriittes 16-8B mit äußerem variablem Volumen, welcher konzentrisch zu dem mittigen Kammeräbschnitt 16-8 A der zweiten Stufe mit variablem Volumen ist. An seiner radial inneren Seite steht der äußere Pumpkammerabschnitt 16-8B mit dem mittigen Kammerabschnitt 16-8A der zweiten Stufe mittels eines ringförmigen Durchganges 30-8 in Verbindung, in welchem ein Einwegeklappenventil 31-8, welches dem Klappenventil der Figuren 3 und 5 ähnelt, vorgesehen ist, um eine Öffnung zu schaffen und die Strömung in den Pumpkammerabschnitt 16-8A zu erlauben. Dieser Durchgang bildet sowohl einen Einlaßdurchgang des zentralen Pumpkammerabschnittes 16-8 A als auch einen Auslaßdurchgang des äußeren Pumpkammerabschnitt 16-8 B. An seiner radial äußeren Seite steht der äußere Pumpkammerabschnitt 16-8 B mit einer ringförmigen Zufuhrkammer 15-8 in Verbindung, die ähnlich der Zufuhrkarnmer der Figuren 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 aussioht wie das Klappenventil 23-3 und 23-5 der Fiquren 3 und 5.

Die zwei Verdrängerteile 25-8A und 25-8B werden im wesentlichen in Gegenphase durch Mechanismus betätigt, welche den Mechanismen ähneln, die für die Betätigung des Verdrängerteils und Quetschventiles der Figur 4 verwendet werden. Die maximalen Volumina der Pumpkammerabschnitte und die Bewegungen der zwei Verdrängerteile sind so gewählt, daß das Hubvolumen des äußeren Pumpkammerabschnittes 16-8B näherungsweise das Zweifache von dem des zentralen Pumpkammerabschnittes 16-8A ist.

Figur 8A zeigt eine Phase des Betriebszyklus der Pumpe, in welchem das äußere Verdrängerteil 25-8 B sich gerade nach unten bewegt und der äußere Pumpkammerabschnitt 16-8 Baus der Zufuhrkammer 15-8 mittels des Einlaßdurchganges 17-8 gefüllt wird, ohne daß es einen merklichen Druckabfall über den Durchgang gibt, während sich das mittige Verdrängerteil 25-8A der

zweiten Stufe nach oben bewegt, um Flüssigkeit aus dem mittigen Kammerabschnitt 16-8A der zweiten Stufe auszustoßen, wobei das Klappenventil 31-8 durch den Druck im Mittenkammerabschnitt in geschlossenem Zustand gehalten wird.

In der in Figur 8 B gezeigten Phase ist die Lage der Dinge umgekehrt. Dementsprechend bewegt sich gerade das äußere Verdrängerteil 25-8B nach oben, um Flüssigkeit aus dem äußeren Pumpkammerabschnitt 16-8B in den mittigen Kammerabschnitt 16-8A der zweiten Stufe mittels des Druchgangss 30-8 auszustoßen, während das mittige Verdrängerteil 25-8 Asien nach unten bewegt und für den mittigen Kammerabschnitt 16-8 A die Mögl'nhkeit vorsieht, sich unter der Wirkung des Druckes der Flüssigkeit auf seine Wände zu expandieren.

Das Volumen der aus dem AußenpumpkammerabschniU während der Aufwärtsbewegung des äußeren Verdrängerteils ausgestoßenen Flüssigkeit ist größer als die Volumenzunahme des zentralen Kammerabschnittes der zweiten Stufe.

Infolgedessen wird Flüssigkeit durch die Auslaßverbindung 14-8 auch in dieser Phase (Figur 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.

Die in den Figuren 9A, PB gezeigte Ausführungsform ist in Aufbau und Betrieb ähnlich der in den Figuren 8A und 8B gezeigten mit der Ausnahme, daß der außen mit Energie versorgte Mechanismus für die wirksame Betätigung des inneren Verdrängerteils 25-9A in der Aufwärtsrichtung durch einen einstellbaren Federmechanismus 26-9 A ersetzt wird, der konstant dieses Verdrängerteil nach oben drückt. Während des Aufwärtshubes des äußeren Verdrängerteiles 25-9 A wird das mittige Verdrängerteil 25-9A der zweiten Stufe unter der Wirkung des Fluiddruckes im mittigen Kammerabschnitt 16-9A der zweiten Stufe nach unten bewegt, wodurch der Federmechanismus 26-9 A zusammengedrückt wird, wie in Figur 9 A gezeigt ist. Während der Abwärtsbewegung des äußeren Verdrängerteils 26-9B bewegt die im Federmechanismus gespeicherte Energie das mittige Verdrängerteil nach oben, wie in Figur 9A gezeigt ist.

Die Figuren 1OA, 10B sind Querschnittsansichten entsprechend den Figuren 8A, 8 B und 9A, 9B, und zwar von einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweistufenpumpe, und Figur 10C ist eine Draufsicht auf das Kammerelement dieser weiteren Ausführungsform.

Die in den Figuren 10A, 10B, 10C gezeigte Pumpe weist zwei Verdrängerteile 25-1OA und 25-10 B auf, welche in der unter Bezugnahme auf die Figuren 9A, 9 B beschriebenen Weise arbeiten. Dementsprechend ist das Verdrängerteil 25-10 B einem außen mit Energie versorgten Antriebsmechanismus zugeordnet für das wirksame oder im wesentlichen sichere Betätigen desselben in der Auwärtsrichtung, während das Verdrängerteil 25-10A einem einstellbaren Federmechanismus 26-10A zugeordnet ist, welcher es konstant nach oben drückt.

Die zwei Verdrängerteile 25-10A und 25-108 und die zugeordneten Pumpkammerabschnitte 16-10A und 16-10B des Kammerelementes 12-10 liegen horizontal versetzt zueinander, und das Einlaßventil 23-10 und das Ventil 31-10 zwischen den Pumpkammerabschnitten sind Klappenventile ähnlich den Ventilen 23-6 und 20-6 der Figuren 6A, 6 B, 6C. Weiterhin sind gemäß Darstellung der Figur 10C die Einlaßverbindung 13-10 und die Auslaßverbindung 14-10 Seite an Seite und im wesentlichen parallel angeordnet.

Mit Ausnahme der unterschiedlichen Strömungsmuster, die sich aus der horizontal versetzten Anordnung der Kammerabschnitte ergibt, arbeitet die Pumpe der Figuren 10A, 10B, 10C im wesentlichen auf dieselbe Weise wie die Pumpe der Figuren 9A,9B.

Bei den oben veranschaulichten und beschriebenen beispielhaften Ausfuhrungsformen 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 unterschiedliche 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 Figuren 6A, 6 B, 6C beabsichtigt sein, wo der Einlaß und der Auslaß in Flucht liegen.

Ferner können bei den Ausführungsformen nach Figuren 8A und 8B sowie den Figuren 9A, 9B die mittigen Verdrängerteile 25-8A, 25-9A ringförmig sein wie die äußeren Teile 25-8B, 25-9B. Der offene Raum innerhalb des mittigen ringförmigen Verdrängerteiles kann dann Bestandteile beispielsweise des Pumpenantriebsmechanismus aufnehmen, oder er kann für andere Zwecke benutzt werden. Wenn in einem solchen Falle der Antriebsmechanismus für die zwei Verdrängerteile 25-8 A und 25-8 B der Figuren 8A, 8 B derart aufgebaut ist, daß die Teile als Einheit mit einer ausgewählten Phasenverschiebung (z. B. Gegenphase oder Zweirichtungsbetrieb) oder individuell (nur eines der Teile wird betätigt) betätigt werden können, bieten sich gegebenenfalls interessante Möglichkeiten der Veränderung der Puir>oe^rieigenschaften bezüglich des Hubvolumens und der Ausgangsströmungseigenschaften.

In einigen Fällen, wie z. B dann, wenn die Pumpe als Blutpumpe benutzt wird, kann das Verdrängerteil in g^ ieter Weise mit dem Pumpenmechanismus derart verbunden werden, daß ein federnd elastisches Nachgeben des Verdränget. ... . Jativ zum Pumpenmechanismus unter der Tätigkeit des Druckes in der Pumpkammer möglich ist, so daß es ein gewisses „Nachhängnn" des Verdrängerteils während des Druck- oder Ausstoßhubes gibt. Die Bewegung des Verdrängerteils, 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 Figuren 8 A, 8 B. Eine solche Anordnung kann auch verwendet werden, um irgendwelche Druckwellen zu unterdrücken, die versuchen, sich am Ende des Ausstoßhubes zu entwickeln.

Eine Pumpe des Typs der Figuren 8A, 8 B mit zwei oder mehr Verdrängerteilen und Pumpkammerabschnitten, die vorzugsweise ringförmig sind, ist auch nützlich als Zweistufen- (Mehrstufen-) Kompressor, insesondere zwecks Komprimierjns 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.

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 Figuren 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 horizontal nach oben zurÄusialiverbindung 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 Querschnittsfläche, welche der Einlaßdurchgang und der Auslaßdurchgang haben können, stellt dieses Merkmal einen sehr geringen Innenfließwiderstand der Pumpe sicher.

Bei den Ausführungsformen der Figuren 5 bis 10 ist die Benutzung von Einzelklappenventilen, die an der unteren Wand des Kammerelementes 12 angebracht sind und nach oben bewegbar sind, und zwar in Richtung der Fluidausstoßbewegung des Verdrängerteils in eine Position in Dichteingriff mit der oberen Wand, insofern vorteilhaft, als die Fluidströmung, welche von dem Verdrängerteil 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. Dementsprechend 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.

Bei den Ausführungsformen, anhand deren die Erfindung beispielsweise in Verbindung mit den Zeichnungen dargestellt wurde, sind das Verdrängerteil 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 Kammerelement aus Kunststoffilm oder einer dünnen Lage oder Tafel die Oberflächen vorsieht, mit welchen das gerade gepumpte Fluid während seines Durchgangs durch die Pumpe in Berührung kommt. Bei einigen Fällen kann es jedoch bevorzugt sein, daß das Verdrängerteil 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 Einzelpumpkammer zu haben, und zwar ein Antriebsmechanismus für jede Seite, die entgegengesetzt arbeiten.

Die Kammer 16-10 A und das federnd vorgespannte Verdrängerteil 25-10 A der Ausführungsform der Figuren 10 A. 10B, 10C kann in Verbindung mit den Auslässen der Einzelstufenpumpen anderer Ausgestaltungen benutzt werden, wie ein Einwegeventil und eine Vorrichtung zur Vergleichmäßigung der pulsierenden, herauskommenden Strömung der Pumpe. Im Falle von Blutpumpen schafft eine solche Anordnung ein Einwegeauslaßventil, welches frei von bewegungslosem Bereichen ist, und ein nachgiebiges Volumen abstromig vom Ventil.

Claims (28)

1. Verdrängerpumpe mit Einrichtungen zur Bildung einer Zuführkammer afür die Aufnahme des zu pumpenden Fluids, Einrichtungen zur Bildung einer Pumpkammer mit veränderlichem Volumen, einem Einlaßdurchgang, durch welchen das Fluid aus der Zuführkammer zur Pumpkammer geleitet wird, einem Auslaß, durch welchen das Fluid aus der Pumpkammer abgezogen wird, einem der Pumpkammer zugeordn9ten Verdrängerteil, welches in entgegengesetzte Richtungen längs eines vorbestimmten Weges bewegbar ist, um sich durch eine veränderbare Verdrängungszone der Pumpkammer zu bewegen und abwechselnd das Volumen der Kammer zu erhöhen und zu verringern, Antriebsmitteln zum Bewegen des Verdrängerteiles in mindestens einer Richtung, um das Volumen der Pumpkammer zu verringern, und mit Einlaßventilmitteln zum Schließen des Einlaßdurchganges, um den Fluidrückfluß aus der Pumpkammer durch den Einlaßdurchgang zu blockieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkammer (15) im allgemeinen seitlich der Verdrängungszone der Pumpkammer (16) angeordnet ist und diese im wesentlichen umgibt und der Einlaßdurchgang (17) sich im wesentlichen mit der Zuführkammer (15) verläuft und sich zur Pumpkammer (16) durch eine längliche, spaltartige Öffnung in einer Randwand der Pumpkammer (16) öffnet, die im allgemeinen seitlich der Verdrängungszone angeordnet ist, wodurch Fluid in die Pumpkammer (16) durch den Einlaßdurchgang (17) im wesentlichen ohne einen Druckverlust eintreten kann.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpkammer (16) ein bewegbares Wandteil aufweist, welches durch das Verdrängerteil (25) beim Ausstoßhub in Eingriff bringbar und während des Ansaughubes vom Verdrängerteil außer Eingriff derart bringbar ist, daß das Hubvolumen der Pumpe durch die Fluidzufuhr aus der Zufuhrkammer (15) gebildet wird.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpkammer (16) im allgemeinen rund ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maße der Pumpkammer (16) quer zur Bewegungsrichtung des Verdrängerteils (25) im wesentlichen größer sind als die Maße in dieser Bewegungsrichtung.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (14) im wesentlichen in der Mitte einer stationären Querwand der Pumpkammer (16) gegenüber von dem Verdrängerteil (25) angeordnet ist.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrkammer (13) geeignet derart ausgestaltet ist, daß sie einen kontinuierlichen Eingangsstrom des zu pumpenden Fluids aufnimmt und mindestens einen Teil seines Gehaltes in die Pumpkammer (16) hinein durch den Einlaßdurchgang (17) ausströmen läßt, wenn die Einlaßventileinrichtung (23) offen ist, während ein Fluidreservoir gesammelt wird, wenn die Einlaßventileinrichtung geschlossen ist.

7. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Wandteil der Pumpkammer (16) aus einem flexiblen Material gebildet ist und während mindestens eines Teils des Ausstoßhubes der Pumpe vom Verdrängerteil (25) verdrängt wird.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Wandteil einen Teil der seitlichen Randwand der Pumpkammer (16) bildet und eine Wand des Einlaßdurchganges (17) vorgibt und daß die Ventileinrichtung ein Quetschventilteil (23-1,23-2) aufweist, welches mit dem seitlichen Randwandteil in Eingriff und derart beweglich ist, daß es den Randwandteil über die Öffnung bewegt und dadurch den Einlaßdurchgang schließt, und Antriebseinrichtungen (24-1, 24-2) aufweist für das periodische Bewegen des Quetschventilteils über die Öffnung hinweg.

9. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventileinrichtung eine im wesentlichen ringförmige Klappe (23) aus flexiblem Material aufweist, weiche längs einer Kante an einer Wand des Einlaßdurchganges (17) befestigt ist, wobei seine andere Kante für die Bewegung in eine offene Position frei ist, um die Eingangsströmung des Fluids in die Pumpkammer (16) hinein zu erlauben, und in eine geschlossene Position in Eingriff mit der anderen Wand des Einlaßdurchganges, um die Rückströmung des Fluids aus der Pumpkammer durch den Einlaßdurchgang hindurch anzuhalten.

10. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventileinrichtung (23-3) eine erste ringförmige Klappe aus flexiblem Material aufweist, die längs einer Kante an einer Wand des Einlaßdurchganges (17-3) befestigt ist, und eine zweite ringförmige Klappe aus flexiblem Material aufweist, weiche längs einer Kante an der anderen Wand des Einlaßdurchganges befestigt ist, und

daß die anderen Kanten beider Klappen frei sind für die Bewegung in eine offene Position, um das Hereinfließen des Fluids in die Pumpkammer (16-3) zu Urlauben, und in eine geschlossene Position in Eingriff miteinander, um die Rückströmung des Fluids aus der Pumpkammer (16-3) durch den Einlaßdurchgang (17-3) hindurch anzuhalten.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrkammer (15) und die Pumpkammer (16) durch erste und zweite, im Abstand angeordnete Wandteile gebildet sind, daß mindestens einas der Wandteile aus einem flexiblen Material gebildet ist und einen ersten Teil aufweist, der mit dem Verdrängerteil (25) in Eingriff und von diesem außer Eingriff bringbar ist, um das Volumen der Pumpkammer (16) zu verändern, und einen zweiten Teil, welcher eine Wand des Einlaßdurchganges (17) bildet.

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Quetschventilteil aufweist, welches mit dem zweiten Teil des einen Wandteiles in Eingriff tritt, Antriebseinrichtungen aufweist für das zyklische Bewegen des Quetschventilteiles nur über einen Teilweg quer zum Einlaßdurchgang und ein flexibles Klappenventilband aufweist, welches an der anderen Wand des Einlaßdurchganges angebracht ist und eine freie Kante hat, die bewegbar ist für den Eingriff mit dem zweiten Teil dieses einen Wandteiles unter Ansprechen auf den Fluiddruck in der Pumpkammer.

13. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Randwand der Pumpkammer (16) im allgemeinen rund ist und die Zufuhrkammer (15) im allgemeinen ringförmig ist und ganz die Pumpkammer umgibt.

14. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Zufuhrkammer (13-1,13-2, 13-3) als auch die Pumpkammer (16-1,16-2,16-3) ringförmig sind und der Auslaß aus der Pumpkammer eine ringförmige Öffnung (18-1,18-2,18-3) ist, die an einer inneren Grenze der Pumpkammer im allgemeinen quer zur Verdrängungszone angeordnet ist.

15. Pumpe nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Auslaßventil, welches ein bewegbares Ventilteil (20-Ί, 20-2) aufweist, welches mit einem dritten Teil des flexiblen Wandteiles in Eingriff tritt, und Antriebseinrichtungen (22-1,22-2) aufweist für die hin- und hergehende Bewegung des Ventilteils zum Verdrängen bzw. Versetzen des dritten Teils des flexiblen Wandteils in und außer Eingriff mit einer gegenüberliegenden Kante der Auslaßöffnung (18-1,18-2), um es zu schließen und zu öffnen.

16. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Wandteil der Pumpe das untere Teil ist und ferner Einrichtungen (10,27) vorgesehen sind zum Stützen eines vierten Teils des flexiblen Wandteils, welches die untere Wand der Zufuhrkammer (15) bildet.

17. Pumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Stützen des vierten Teils des flexiblen Wandteils eine oder mehrere Rollen (27-1, 27-4) und Einrichtungen aufweist zum Drehen der Rollen in einer Orbitalbahn längs der Zufuhrkammer (15-1,15-4), um das Fluid in der Zufuhrkammer kontinuierlich umzurühren bzw. hin- und herzubewegen.

18. Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Stützen des vierten Teils des flexiblen Wandteils ein starres stationäres Teil (10) ist.

19. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslaß (14) eine Auslaßventileinrichtung (20) vorgesehen ist.

20. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch eine Kammer (16-8A, 16-9A, 16-1 OA) der zweiten Stufe mit veränderlichem Volumen in Verbindung mit dem Auslaß (14-8,14-9, 14-10) aus der Pumpkammer (16-3,16-9B, 16-10B), so daß sie Fluid aufnimmt, welches aus der Pumpkammer abgezogen ist, durch ein Einwegeventil (31-8,31-9,31-10) im Auslaß aus der Pumpkammer, um die Fluidrückströmung aus der Kammer der zweiten Stufe in die Pumpkammer hinein zu blockieren, einen Abflußdurchgang, der von der Kammer der zweiten Stufe her führt, ein Verdrängerteil der zweiten Stufe (25-8 A, 213-9 A, 25-10 A), welches bewegbar ist, um abwechselnd das Volumen der Kammer der zweiten Stufe zu erhöhen und zu verringern, und durch Antriebseinrichtungen (26-8 A, 26-9 A, 26-1 OA), um das Verdrängerteil der zweiten Stufe in mindestens einer Richtung zu bewegen und das Volumen der Kammer der zweiten Stufe zu verringern.

21. Pumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Quelle äußerer Energie aufweist.

22. Pump^ nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung für das Verd. angerteil der zweiten Stufe eine Feder ist, die Energie speichert, wenn das Volumen der

Kammer der zweiten Stufe durch das Hereinfließen des Fluids aus der Pumpkammer erhöht wird, und die gespeicherte Energie freigibt, wenn es kein Hereinströmen aus der Pumpkammer in die Kammer der zweiten Stufe hinein gibt.

23. Pumpe nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubvolumen der Pumpkammer (16-8B, 16-9B, 16-10B) etwa das doppelte Hubvolumen der Kammer der zweiten Stufe (16-8A, 16-9 A, 16-1 OA) ist.

24. Pumpe nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpkamrner (16-8 B, 16-9B) im wesentlichen ringförmig ist und die Kammer derzweiten Stufe (16-8 A, 16-9A) im wesentlichen rund ist und im allgemeinen quer zur Pumpkammer angeordnet und von dieser umgeben ist.

25. Pumpe nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrkammer (15-10) im wesentlichen ringförmig ist, die Pumpkammer (16-10B) im wesentlichen rund ist, der Auslaß ein Durchgang ist, der im allgemeinen seitlich aus der Pumpkammer leitet, und die Kammer derzweiten Stufe (16-10A) im wesentlichen rund ist und seitlich von der Pumpkammer und in deren Nähe angeordnet ist.

26. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Fassungsvermögen der Zufuhrkammer (15) mindestens so groß ist wie das der Pumpkammer (16).

27. Kammerelement für eine Verdrängerpumpe, mit ersten und zweiten Lagen eines flexiblen Materials, die an ihren ' 'mfängen dichtend verbunden sind und permanent gebildet sind, um eine im allgemeinen ringförmige Zufuhrkammer (12), eine im allgemeinen runde Pumpkammer (16) innerhalb der Zufuhrkammer und einen Einlaßdurchgang (17) vorzugeben, der eine längliche, spaltartige Öffnung an der Verbindung der Zufuhrkammer mit der Pumpkammer bildet, wobei eine Auslaßöffnung (14) in einer Wand der Pumpkammer und eine Ansaugöffnung (13) in mindestens einer Wand der Zufuhrkammer vorgesehen sind.

28. Kammerelement nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil eine ringförmige Klappe (23) aus flexiblem Material ist, welche längs einer ihrer Kanten mit einer der Lagen nahe dem Einlaßdurchgang (17) verbunden ist, wobei ihre andere Kante frei ist, wodurch die Klappe den Einlaßdurchgang ohne Fluidgegendruck aus der Pumpkammer (16) offen läßt und sich wölbt, um den Einlaßdurchgang in Abhängigkeit von dem Fluidgegendruck aus der Pumpkammer zu schließen.