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Technisches Umfeld
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Die
Erfindung betrifft eine Schlauchpumpe zur Förderung von
Fluiden umfassend einen Stator in dem ein flexibler Schlauch auf
einer im wesentlichen teilkreisförmigen Bahn eingebunden
ist, und im Stator ein Rotor gelagert ist, welcher über
radial angeordnete, elastisch gelagerte Förderelemente
verfügt, die den in der Bahn eingebundenen Schlauch über einen
das Fluid enthaltenden Abschnitt auf der Bahn abdrücken
bzw. abgreifen, und wobei unter Einwirkung eines mit dem Rotor verbundenen
Motors der abgegriffene Fluidabschnitt sich fortschreitend im Schlauch
bewegt.
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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungen
von Schlauchpumpen zur Förderung von Fluiden bekannt. So
werden diese in der Medizin und hier bei der Dialyse beispielsweise zum
Bluttransport verwendet. Üblich sind Rollenpumpen, bei
denen ein rotierender Rollenträger vorgesehen ist, wobei
die Rollen ein Stück des Schlauches über seine
Länge fortschreitend zusammendrücken, und so die
Flüssigkeit vorwärts befördern.
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So
ist beispielsweise aus der
WO 2007/036931 A2 eine derartige Schlauchpumpe
bekannt, bei der ein rotierender Rollenträger mit seinen Rollen
einen Bereich des Schlauches über seine Länge
abgreift und somit das Fortschreiten des Fluides in dem Schlauch
bewirkt. Bei der vorbekannten Schlauchpumpe befindet sich in einem
halbkreisförmigen Stator ein flexibler Schlauch, wobei
im Stator ein Rotor gelagert ist, welcher über radial angeordnete
Förderelemente in Form von Rollen verfügt. Im
Bereich der halbkreisförmigen Bahn drücken die
Rollen einen bestimmten Abschnitt des eingebundenen Schlauches ab,
so dass infolge der Rotation der abgedrückte Fluidabschnitt
sich fortschreitend im Schlauch bewegt. So ergibt sich eine Schlauchpumpe,
die auf der Saugseite entsprechend wieder Fluid aufnimmt, wobei
zur Druckseite hin der abgedrückte Fluidabschnitt freigegeben
wird und aus dem System befördert wird.
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Bei
dieser bekannten Schlauchpumpe ergibt sich jedoch das Problem, dass
die Förderung des Volumenstromes des Fluids pulsartig austritt,
wobei dies insbesondere der Fall ist, wenn Fluide mit geringem Druck
gefördert werden sollen. Diese peristatischen Pumpen werden
vornehmlich eingesetzt, wenn Fluide mit geringem Druck gefördert
werden sollen. Diese sind hinsichtlich des Bauraums sehr klein,
einfach im Aufbau und somit auch kostengünstig. Durch das
Bau- und Funktionsprinzip dieser Pumpen entsteht aber zwangsläufig
ein Puls im Förderstrom.
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Aufgabe
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Der
Erfindung stellt sich somit das Problem die zuvor beschriebene Schlauchpumpe
dahingehend zu verbessern, dass ein zu fördernder Volumenstrom
möglichst gleichmäßig austritt.
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Lösung
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Erfindungsgemäß wird
das Problem durch den Hauptanspruch gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Schlauchpumpe arbeitet, wie eine
herkömmliche Schlauchpumpe, und zwar durch Verdrängung
eines Fluidvolumens mit Hilfe von Förderelementen. Wie
bei einer herkömmlichen Schlauchpumpe entsteht an der Förderaustrittsseite
ein Puls durch das Anheben der Förderelemente vom Schlauch.
Dieser Puls wird mit Hilfe eines weiteren Förderelementes
dadurch ausgeglichen, weil das folgende Förderelement um
eine definierte Geschwindigkeit schneller läuft, als das
an der Förderseite befindliche. Das schneller laufen wird
dadurch realisiert, dass das zweite Förderelement einen
größeren Radius durchläuft und somit
einen längeren Weg in der gleichen Zeit zurücklegt.
Der Stator weist hierzu druckseitig zum Ausgang hin einen Bahnbereich
auf, der mit zunehmendem Radius versehen ist. Durch diese Ausbildung überstreicht
das nachfolgende Förderelement in dergleichen Zeit ein größeres
Volumen als das vorauseilende Förderelement. Dadurch wird
das beim Abheben des Förderelementes entstehende Fehlvolumen
ausgeglichen, und die Pulsation der Pumpe weitgehend unterdrückt bzw.
beseitigt.
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Der
Rotor weist an mehreren Stellen seines Umfangs gleichmäßig
in festem Winkel zueinander verteilte Abquetschelemente in Form
von Förderelementen auf, mit denen ein ortsfester Schlauch,
der in einem Gehäuse befindlich ist, das einen Abstand zum
Rotor hat in dem der Schlauch selbst Platz hat, Sequenzweise abgequetscht
wird und somit ein entsprechendes Volumen zwischen den Abquetschstellen
bewegt wird. Dabei hat das Gehäuse eine Ausbuchtung über
einen Teilkreis, in dem der Schlauch zwischen Rotor und Gehäuse
liegt, und die Abquetschelemente dieser Ausbuchtung geometrisch
folgen, so dass bei gleicher Rotationsgeschwindigkeit die Umfangsgeschwindigkeit
sich vergrößert und somit das geförderte
Volumen beschleunigt und wobei die Ausbuchtung geometrisch so bemessen
ist, dass das fehlende Vo lumen bei der Überlagerung der
Abquetschelemente mit der Schlauchaustrittsöffnung kompensiert
wird.
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Erfindungsgemäß weist
hierzu die Bahn über den Verlauf eines Erstreckungsbereichs
zum druckseitigen Ausgang der Pumpe wenigsten zwei Bahnbereiche
mit unterschiedlichen Radien auf, wobei der zum druckseitigen Ausgang
liegende erste Bahnbereich über seinen Erstreckungsbereich
einen zunehmenden Radius aufweist, der jeweils das durchlaufende,
elastisch gelagerte Förderelement in seiner Umfangsgeschwindigkeit
derart beeinflusst, dass der geförderte Volumenstrom des
Fluids zum druckseitigen Ausgang der Pumpe pulsfrei austritt.
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In
Weiterbildung ist druckseitig vor dem ersten Bahnbereich mit zunehmendem
Radius, ein zweiter Bahnbereich mit konstantem Radius auf der Bahn
angeordnet. Dabei nimmt der zweite Bahnbereich mit konstantem Radius
auf der Bahn vorzugsweise ein Bogenmaß ein, welches geringfügig
geringer ist als 90°. Mit den Bahnbereichen wirken wenigstens
vier elastisch gelagerte Förderelemente zusammen, die jeweils
um 90° versetzt an dem Rotor angeordnet sind. Somit greifen
zumindest zwei elastisch gelagerte Förderelemente, die
um 90° versetzt angeordnet sind, einen Fluidabschitt auf
der Bahn derart ab, dass das voreilende Förderelement sich
auf dem ersten Bahnbereich mit zunehmenden Radius befindet, wohingegen
das nachlaufende Förderelement sich am Anfang des zweiten
Bahnbereichs befindet. Somit ergibt sich beim Überstreichen
der Förderelemente über die Bahn mit unterschiedlichen
Radienbereichen folgende Situation, dass, wenn das voreilende Förderelement
den Schlauchquerschnitt wieder freigibt, bereits das nachlaufende
einen entsprechenden Druck in dem Schlauchabschnitt aufbaut, so dass
dadurch der Impuls kompensiert wird, und es somit zu einem pulsfreien
Volumenstromaustritt kommt.
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In
vorteilhafter Weise bestehen die elastisch gelagerten Förderelemente
aus Wälzkörpern, die im Rotor gegen die Wirkung
von Federn gelagert sind.
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Das
den Stator bildende Pumpengehäuse ist aus einem Gussteil
hergestellt, in dem die die Bahnbereiche bildende Kurvengeometrie
eingeformt ist, in die entsprechend der flexible Schlauch eingebunden ist.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachstehenden
Figur näher erläutert, die einzige Figur zeigt
eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe.
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Ausführungsbeispiele
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Die
einzige Figur zeigt eine Schlauchpumpe 1 zur Förderung
von Fluiden. Dabei umfasst die Schlauchpumpe 1 einen Stator 2,
in dem ein flexibler Schlauch 3 auf einer im Wesentlichen,
teilkreisförmigen Bahn 4 eingebunden ist. Wie
in der Figur infolge des Pfeils dargestellt, ist in dem Stator 2 ein
Rotor 5 gelagert, welcher über radial angeordnete
elastisch gelagerte Förderelemente 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 verfügt. Wie
aus der Figur deutlich wird, drücken dabei insbesondere
die Förderelemente 6.3 und 6.4 in der
Bahn 4 den eingebundenen Schlauch 3 über
einen das Fluid enthaltenden Abschnitt 7 auf der Bahn 4 ab.
Dabei wirkt mit dem Rotor 5 ein nicht näher dargestellter Motor
zusammen, der insbesondere den abgedrückten Fluidabschnitt 7 fortschreitend
im Schlauch 3 entsprechend der Pfeilrichtung zur Druckseite
bewegt.
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Erfindungsgemäß wird
nun eine derartige Schlauchpumpe dadurch weiter gebildet, dass die Bahn 4 über
den Verlauf ihres Erstreckungsbereichs unterschiedliche Bahnbereiche 8.1 und 8.2 aufweist, die
die elastisch gelagerten Förderelemente 6.3 und 6.4 in
ihrer Umfangsgeschwindigkeit derart beeinflussen, dass der geförderte
Volumenstrom des Fluids auf der Druckseite der Pumpe 1 pulsfrei
austritt. Dabei wird erreicht, dass im Bahnbereich 8.2 das
Förderelement 6.3 den Fluidstrom dadurch ausgleicht, das
es um eine definierte Geschwindigkeit schneller läuft als
das an der Förderseite befindliche Förderelement 6.4.
Das schneller laufen wird hierbei, wie aus der Figur zu erkennen
ist, dadurch realisiert, dass das Förderelement 6.3 einen
konstanten Radius, hier den Bahnbereich 8.2, durchläuft,
und somit einen kürzeren Weg in der gleichen Zeit zurücklegt.
Es versteht sich von selbst, dass nun, wenn in der Rotation das
vorlaufende Förderelement 6.4 den Schlauch 3 wieder
freigibt, das nachlaufende Förderelement 6.3 sich
noch in der Radienbahn 8.2 befindet, so dass sich dadurch
bei Freigabe ein so genannter nachdrückender Volumenstrom
ergibt, der insbesondere den vorauseilenden Volumenstrom kompensiert,
und so die pulsfreie Volumenstromförderung gewährleistet wird.
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Dabei
sind druckseitig wenigstens zwei Bahnbereiche 8.1 und 8.2 auf
der Bahn 4 vorgesehen, wobei der Bahnbereich 8.2 vor
dem Bahnbereich 8.1 auf der Bahn 4 liegt bzw.
angeordnet ist. Wie aus der Figur zu erkennen ist, nimmt dabei der Bahnbereich 8.2 auf
der Bahn 4 vorzugsweise ein Bogenmaß ein, welches
geringfügig geringer ist als 90°. Dabei wirken
mit den Bahnbereichen 8.1 und 8.2 wenigstens vier
elastisch gelagerte Förderelemente 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4 zusammen,
die jeweils um 90° versetzt an dem Rotor 5 angeordnet
sind. Somit ergibt sich insbesondere für die um 90° versetzt
angeordneten Förderelemente 6.4 und 6.3 ein übergreifender
Bereich bei den beiden Bahnbereichen 8.1 und 8.2,
so dass insbesondere in den Bereich der versetzt angeordneten Förderelemente 6.4 und 6.3 der Übergang
von dem einen Bahnbereich 8.2 zum anderen Bahnbereich 8.1 fällt,
der hier insbesondere mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet
ist.
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Wie
bereits schon gesagt, sind zumindest zwei elastisch gelagerte Förderelemente 6.3 und 6.4 vorzugsweise
um 90° versetzt angeordnet. Der dabei abgegriffene Fluidabschnitt 7 auf
der Bahn 4 übergreift dabei die Radienbereiche 8.1 und 8.2,
so dass das voreilende Förderelement 6.4 sich
noch auf dem Bahnbereich 8.1 mit zunehmendem Radius befindet, wohingegen
das nachlaufende Förderelemente 6.3 sich am Anfang
des Bahnbereichs 8.2 mit konstantem Radius befindet.
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Somit
ergibt sich folgendes Förderbild, dass, wenn das Förderelement 6.4 bereits
schon wieder den Schlauchquerschnitt freigibt, also das Förderelement 6.4 vom
Schlauch 3 infolge des zunehmenden Radius abhebt, nimmt
das nacheilende Förderelement 6.3 die Fördertätigkeit
schon wieder auf, weil es sich noch in dem Bereich des Bahnbereiches 8.2 befindet,
was zu dem kompensierten pulsfreien Fluidstrom führt.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind hierbei die elastisch
gelagerten Förderelemente 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4 als
Wälzkörper ausgebildet, die im Rotor 5 gegen
die Wirkung von Federn 10.1, 10.2, 10.3 und 10.4 gelagert
sind. Dabei ist das den Stator 2 bildende Pumpengehäuse 11 aus
einem Gussteil gefertigt, in dem die die Radienbereiche 8.1 und 8.2 bildende
Kurvengeometrie eingeformt ist.
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- 1
- Schlauchpumpe
- 2
- Stator
- 3
- Schlauch
- 4
- Bahn
- 5
- Rotor
- 6
- Förderelemente
(6.1, 6.2, 6.3, 6.4)
- 7
- Abschnitt
- 8
- Radienbereiche
(8.1, 8.2)
- 9
- Übergang
- 10
- Federn
(10.1, 10.2, 10.3, 10.4)
- 11
- Pumpengehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/036931
A2 [0003]