DE102021119947A1 - Gear pump with axial force compensation device - Google Patents
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Abstract
Zahnradpumpe (50) zur Förderung eines flüssigen Mediums, mit: einem Gehäuse (510) mit einem Einlass (511) und einem Auslass (512), und einem im Gehäuse angeordneten magnetisierten Antriebszahnrad (531) zum Fördern des flüssigen Mediums vom Einlass (511) zum Auslass (512), wobei die Zahnradpumpe dazu eingerichtet ist, dass das Antriebszahnrad (531) magnetisch und durchführungsfrei von einer externen Antriebseinrichtung (90) antreibbar ist; wobei die Zahnradpumpe ferner eine Axialkraftkompensationseinrichtung (1501) aufweist, die dazu eingerichtet ist, einer von der externen Antriebseinrichtung (90) auf das magnetisierte Antriebszahnrad (531) in axialer Richtung wirkenden Kraft entgegenzuwirken. Ferner werden eine korrespondierende Antriebseinrichtung (90) und ein korrespondierendes System (2) vorgeschlagen.Gear pump (50) for conveying a liquid medium, having: a housing (510) with an inlet (511) and an outlet (512), and a magnetized drive gear wheel (531) arranged in the housing for conveying the liquid medium from the inlet (511) to the outlet (512), the gear pump being set up in such a way that the drive gear (531) can be driven magnetically and through-free by an external drive device (90); wherein the gear pump also has an axial force compensation device (1501) which is set up to counteract a force acting in the axial direction from the external drive device (90) on the magnetized drive gear wheel (531). A corresponding drive device (90) and a corresponding system (2) are also proposed.
Description
Die vorliegende Offenbarung betrifft Zahnradpumpen und insbesondere eine Zahnradpumpe mit flacher Bauweise. Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner das Gebiet der Medizintechnik und Zahnradpumpen für medizintechnische Anwendungen.The present disclosure relates to gear pumps, and more particularly to a low profile gear pump. The present disclosure also relates to the field of medical technology and gear pumps for medical technology applications.
Zahnradpumpen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es handelt sich um Fördereinrichtungen zur Förderung eines Mediums bzw. einer Flüssigkeit. Zahnradpumpen bestehen üblicherweise aus drei Bauteilen, einem Gehäuse mit Zu- und Ablauf sowie üblicherweise zwei Zahnrädern. Je nach Anordnung und Art der Zahnräder unterscheidet man zwischen Außenzahnradpumpen, Innenzahnradpumpen, Zahnringpumpen und Schraubenpumpen. Im Rahmen dieser Offenbarung wird hierbei allgemein von Zahnradpumpe gesprochen. Bei einer Außenzahnradpumpe mit Evolventenverzahnung wird das zu fördernde Medium in den Räumen zwischen Zähnen und Gehäuse transportiert. Die Pumpe ist durch den einfachen Aufbau robust und preiswert. Bei einer Innenzahnrad- und Zahnringpumpe läuft das treibende Zahnrad exzentrisch in der Innenverzahnung eines Zahnringes. Bei einer Zahnringpumpe wird das Medium durch den sich im Volumen verändernden Verdrängungsraum zwischen den Zahnlücken gefördert. Bei der Sichelpumpe wird das zu fördernde Medium in zwei Räumen zwischen den Zahnlücken der beiden in der Regel evolventenverzahnten Zahnräder gefördert, wobei die Zähne durch die Sichel abgedichtet werden. Beide Bauformen unterscheiden sich auch in den Größenverhältnissen von Zahnrad und Zahnring. Der Außenring einer Zahnringpumpe hat üblicherweise genau einen Zahn mehr als das Innenrad, meistens mit Trochoidenverzahnung. Bei der Innenzahnrad- oder Sichelpumpe ist der Unterschied so groß, dass die Sichel zwischen den Zahnrädern Platz hat. Eine andere Bezeichnung für die Zahnringpumpe ist Eaton-Pumpe.Gear pumps are known from the prior art. These are conveying devices for conveying a medium or a liquid. Gear pumps usually consist of three components, a housing with inlet and outlet and usually two gears. Depending on the arrangement and type of gears, a distinction is made between external gear pumps, internal gear pumps, gerotor pumps and screw pumps. Within the scope of this disclosure, the term gear pump is used in general. In an external gear pump with involute gearing, the medium to be pumped is transported in the spaces between the teeth and the housing. The pump is robust and inexpensive due to its simple design. In the case of internal gear and gerotor pumps, the driving gear wheel runs eccentrically in the internal teeth of a toothed ring. In a gerotor pump, the medium is conveyed through the displacement space between the tooth gaps, which changes in volume. In the case of the sickle pump, the medium to be pumped is conveyed in two spaces between the tooth gaps of the two gear wheels, which usually have involute teeth, with the teeth being sealed by the sickle. Both designs also differ in the size ratios of the gear wheel and toothed ring. The outer ring of a gerotor pump usually has exactly one tooth more than the inner wheel, mostly with trochoidal gearing. With the internal gear or sickle pump, the difference is so great that the sickle has room between the gears. Another name for the gerotor pump is the Eaton pump.
Bei konventionellen Zahnradpumpen im Stand der Technik werden die Zahnräder mittels einer Welle angetrieben, die durch eine Wellendichtung nach außen geführt wird und dort mechanisch an eine Antriebseinheit angeflanscht ist. Daher ist eine vollständige hermetische Verkapselung nicht möglich. Dies ist insbesondere für Anwendungen im Bereich der Medizintechnik nachteilhaft. Ferner ist eine besonders flache Bauform bzw. geringe Bauhöhe in gewissen Anwendungen wünschenswert, beispielsweise damit die Zahnradpumpe einfach in geschlossene Fluidkreisläufe integriert werden kann.In conventional prior art gear pumps, the gears are driven by a shaft that is guided to the outside through a shaft seal and is mechanically flanged to a drive unit there. Therefore, complete hermetic encapsulation is not possible. This is particularly disadvantageous for applications in the field of medical technology. Furthermore, a particularly flat design or low overall height is desirable in certain applications, for example so that the gear pump can be easily integrated into closed fluid circuits.
Die in der DE 10 2018 105 674.5 beschriebene Pumpeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, durchführungsfrei von einer externen Antriebseinrichtung angetrieben zu werden. Mit anderen Worten weist die Pumpeinrichtung vorzugsweise keine zusätzliche Öffnung für die Antriebseinrichtung auf. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit eines Austritts eines Wärmetransportfluids vermindert werden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin bestehen, dass das Kühlpad mit seinem hermetisch geschlossenen Fluidkreislauf nochmals besser von der Außenwelt abgeschlossen ist. Vorzugsweise weist die Pumpeinrichtung keine mechanische, elektrische und/oder fluidische Durchführung auf. Beispielsweise ist keine mechanische Durchführung für eine Antriebsachse der Pumpeinrichtung vorgesehen. Gemäß einer Weiterbildung kann die Pumpeinrichtung magnetisch an eine externe Antriebseinrichtung ankoppelbar sein. Insbesondere kann die Pumpeinrichtung eine magnetisch gekoppelte Zahnradpumpe sein. Die Kraftübertragung kann somit ohne Durchführung magnetisch erfolgen.The pump device described in DE 10 2018 105 674.5 can be designed to be driven by an external drive device without a bushing. In other words, the pump device preferably has no additional opening for the drive device. As a result, the probability of a heat transport fluid escaping can be reduced. One advantage of this configuration can be that the cooling pad with its hermetically sealed fluid circuit is even better sealed off from the outside world. The pumping device preferably has no mechanical, electrical and/or fluidic feedthrough. For example, no mechanical passage is provided for a drive axle of the pumping device. According to a development, the pump device can be magnetically coupled to an external drive device. In particular, the pumping device can be a magnetically coupled gear pump. The power can thus be transmitted magnetically without being carried through.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung als eine Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte Zahnradpumpe bereitzustellen, insbesondere für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen. Insbesondere wäre es wünschenswert einen effizienteren Betrieb einer Zahnradpumpe zu ermöglichen.Against this background, it is an object of the present disclosure to provide a further improved gear pump, in particular for human or veterinary applications. In particular, it would be desirable worth enabling more efficient operation of a gear pump.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Zahnradpumpe zur Förderung eines flüssigen Mediums bereitgestellt, mit: einem Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, und einem im Gehäuse angeordneten magnetisierten Antriebszahnrad zum Fördern des flüssigen Mediums vom Einlass zum Auslass, wobei die Zahnradpumpe dazu eingerichtet ist, dass das Antriebszahnrad magnetisch (und durchführungsfrei) von einer externen Antriebseinrichtung antreibbar ist. Die Zahnradpumpe kann ferner eine Axialkraftkompensationseinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, einer von einer externen Antriebseinrichtung auf das magnetisierte Antriebszahnrad in axialer Richtung wirkenden Kraft entgegenzuwirken.According to a first aspect of the present disclosure, a gear pump for conveying a liquid medium is provided, comprising: a housing with an inlet and an outlet, and a magnetized drive gear arranged in the housing for conveying the liquid medium from the inlet to the outlet, the gear pump being configured to do so is that the drive gear can be driven magnetically (and through-free) by an external drive device. The gear pump can also have an axial force compensation device which is set up to counteract a force acting in the axial direction on the magnetized drive gear wheel from an external drive device.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Antriebseinrichtung für eine Zahnradpumpe vorgeschlagen, wobei die Zahnradpumpe ein in einem Gehäuse der Zahnradpumpe angeordnetes magnetisiertes Antriebszahnrad zum Fördern des flüssigen Mediums von einem Einlass zu einem Auslass der Zahnradpumpe aufweist, wobei die Antriebseinrichtung eine magnetischer Stirnradkupplung aufweist und dazu eingerichtet ist, das Antriebszahnrad der Zahnradpumpe magnetisch und durchführungsfrei anzutreiben; und eine Axialkraftkompensationseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einer von der Antriebseinrichtung auf das magnetisierte Antriebszahnrad in axialer Richtung wirkenden Kraft entgegenzuwirken. Die Axialkraftkompensationseinrichtung ist also nicht notwendigerweise Teil der Zahnradpumpe, sondern kann auch Teil der Antriebseinrichtung sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Zahnradpumpe als Einwegteil ausgeführt ist, insbesondere bei medizinischen Anwendungen. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung für unterschiedliche Patienten verwendet werden, wohingegen die Pumpeinrichtung Teil eines patientenspezifischen Einweg-Artikels ist.According to a second aspect of the present disclosure, a drive device for a gear pump is proposed, the gear pump having a magnetized drive gear arranged in a housing of the gear pump for conveying the liquid medium from an inlet to an outlet of the gear pump, the drive device having a magnetic spur gear coupling and is set up to drive the drive gear of the gear pump magnetically and without bushings; and an axial force compensation device configured to counteract a force acting in the axial direction from the drive device on the magnetized drive gear. The axial force compensation device is therefore not necessarily part of the gear pump, but can also be part of the drive device. This is particularly advantageous when the gear pump is designed as a disposable part, especially in medical applications. For example, the drive device can be used for different patients, whereas the pump device is part of a patient-specific disposable item.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Pumpsystem vorgeschlagen mit einer Zahnradpumpe zur Förderung eines flüssigen Mediums; einer Antriebseinrichtung; und einer Axialkraftkompensationseinrichtung; wobei die Zahnradpumpe ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, und ein im Gehäuse angeordneten magnetisierten Antriebszahnrad zum Fördern des flüssigen Mediums vom Einlass zum Auslass aufweist, wobei die Zahnradpumpe dazu eingerichtet ist, dass das Antriebszahnrad magnetisch und durchführungsfrei von der (externen) Antriebseinrichtung antreibbar ist; wobei die Axialkraftkompensationseinrichtung dazu eingerichtet ist, einer von der Antriebseinrichtung auf das magnetisierte Antriebszahnrad in axialer Richtung wirkenden Kraft entgegenzuwirken. Es kann als ein System mit der Kombination von Zahnradpumpe, Axialkraftkompensationseinrichtung und Antriebseinrichtung bereitgestellt werden.According to a further aspect of the present disclosure, a pump system is proposed with a gear pump for delivering a liquid medium; a drive device; and an axial force compensation device; wherein the gear pump has a housing with an inlet and an outlet, and a magnetized drive gear arranged in the housing for conveying the liquid medium from the inlet to the outlet, the gear pump being set up so that the drive gear can be driven magnetically and without a passage by the (external) drive device is; wherein the axial force compensation device is set up to counteract a force acting in the axial direction from the drive device on the magnetized drive gear wheel. It can be provided as a system with the combination of gear pump, axial force compensation device and drive device.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Verwendung einer freilaufenden (nicht angetriebenen) magnetischen Stirnradkupplung vorgeschlagen, um einer von einer Antriebseinrichtung auf ein magnetisierte Antriebszahnrad einer Zahnradpumpe in axialer Richtung wirkenden Kraft entgegenzuwirken. Die freilaufende magnetische Stirnradkupplung kann auf einer einer magnetischen Stirnradkupplung der Antriebseinrichtung gegenüberliegenden Seite des magnetisierten Antriebszahnrads angeordnet sein.According to a further aspect of the present disclosure, the use of an overrunning (non-driven) magnetic spur gear clutch is proposed to counteract a force acting in the axial direction from a drive device on a magnetized drive gear of a gear pump. The free-running magnetic spur gear clutch can be arranged on a side of the magnetized drive gear opposite to a magnetic spur gear clutch of the drive device.
Es versteht sich, dass die Zahnradpumpe, die Antriebseinrichtung und das Pumpsystem ähnliche oder identische korrespondierende Weiterbildungen aufweisen können, wie nachfolgend im Detail für die offenbarte Zahnradpumpe beschrieben.It goes without saying that the gear pump, the drive device and the pump system can have similar or identical corresponding developments, as described in detail below for the disclosed gear pump.
Die Erfinder haben erkannt, dass insbesondere im Bereich der Medizintechnik und der Labortechnik ein Bedarf an kostengünstigen, präzisen und kontaminationsfreien Pumpeinrichtungen besteht. Hierbei ist es wünschenswert, die Antriebseinrichtungen für mehrere Anwendungen wiederzuverwenden, wohingegen die Pumpeinrichtung als Einwegteil ausgeführt sein kann. Hierdurch können Kontaminationen und Hygieneprobleme vermieden werden. In medizinischen Anwendungen kommen oftmals sogenannte Schlauch oder Peristaltikpumpen zum Einsatz. Es handelt sich hierbei um ist eine Verdrängerpumpe, bei der das zu fördernde Medium durch äußere mechanische Verformung eines Schlauches durch diesen hindurchgedrückt wird. Der Schlauch kann hierbei als patientenspezifisches Einwegteil genutzt werden, um die hohen Hygienestandards in medizinischen Anwendungen und Laboranwendungen zu erfüllen. Allerdings ist die Handhabung derartiger Peristaltikpumpen kompliziert. Insbesondere wenn der Schlauch nicht korrekt in die Antriebseinrichtung eingelegt ist, kann es zu Fehlern kommen. Beispielsweise wird nicht die korrekte Flüssigkeitsmenge befördert oder es kommt zu einem Funktionsausfall, wenn die ein inkorrekt eingelegter Schlauch verklemmt.The inventors have recognized that there is a need for cost-effective, precise and contamination-free pumping devices, particularly in the field of medical technology and laboratory technology. Here, it is desirable to be able to reuse the driving means for several applications, whereas the pumping means can be designed as a disposable part. In this way, contamination and hygiene problems can be avoided. So-called hose or peristaltic pumps are often used in medical applications. This is a displacement pump in which the medium to be pumped is pushed through a hose by external mechanical deformation. The tubing can be used as a patient-specific disposable part to meet the high hygiene standards in medical and laboratory applications. However, the handling of such peristaltic pumps is complicated. Errors can occur, in particular if the hose is not correctly inserted into the drive device. For example, the correct amount of liquid is not transported or there is a functional failure if an incorrectly inserted tube jams.
Zahnradpumpen können hier Abhilfe schaffen. Herkömmliche Zahnradpumpen waren jedoch zu aufwendig und teuer für den Einsatz in medizinischen Einwegartikeln. In der eingangs genannten
Die Erfinder haben erkannt, dass ein derartiger Antrieb zu Reibungsverlusten, höherem Verschleiß und/oder einer höheren Leistungsaufnahme führen kann, da das magnetisch angetriebene Antriebszahnrad stets von der externen Antriebseinrichtung mit einer axialen Magnetkraft beaufschlagt wird und gegen eine Wand der Zahnradpumpe gepresst werden könnte. Eine verbesserte Lagerung des Antriebszahnrads innerhalb der Zahnradpumpe könnte hier zwar grundsätzlich Abhilfe schaffen, allerdings wäre eine solche Lagerung aufwendig und insbesondere bei Einwegprodukten mit unverhältnismäßig hohen Kosten verbunden. Darüber hinaus könnten in einer Lagerung vorgesehene Schmiermittel zu einer Kontamination des zu fördernden Mediums führen. Die Erfinder schlagen daher vor, eine Axialkraftkompensationseinrichtung bereitzustellen, die dazu eingerichtet, einer von einer externen Antriebseinrichtung auf das magnetisierten Antriebszahnrad in axialer Richtung wirkenden Kraft entgegenzuwirken. Mit axialer Richtung ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Richtung entlang der Drehachse des Antriebszahnrads gemeint.The inventors have recognized that such a drive can lead to frictional losses, higher wear and/or higher power consumption, since the magnetically driven drive gear wheel is always subjected to an axial magnetic force by the external drive device and could be pressed against a wall of the gear pump. An improved mounting of the drive gear within the gear pump could in principle provide a remedy here, but such a mounting would be complex and associated with disproportionately high costs, especially in the case of disposable products. In addition, lubricants provided in a bearing could lead to contamination of the medium to be conveyed. The inventors therefore propose providing an axial force compensation device that is set up to counteract a force acting in the axial direction on the magnetized drive gear wheel from an external drive device. In the context of the present disclosure, the axial direction means a direction along the axis of rotation of the drive gear.
Die Zahnradpumpe kann dazu eingerichtet sein, mittels einer magnetischen Stirnradkupplung durch die externe Antriebseinrichtung angetrieben zu werden. Dank des magnetischen Antriebs ist also keine mechanische Achse erforderlich, welche von einer externen Antriebseinrichtung zum Antriebszahnrad reichen würde. Beispielsweise kann die magnetische Stirnradkupplung mit 4- oder 6-poligen Magneten vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinrichtung als Wirbelstromantriebseinrichtungen oder Asynchronantrieb ausgeführt sein.The gear pump can be set up to be driven by the external drive device by means of a magnetic spur gear coupling. Thanks to the magnetic drive, no mechanical axis is required, which would extend from an external drive device to the drive gear. For example, the magnetic spur gear coupling can be provided with 4- or 6-pole magnets. Alternatively or additionally, the drive device can be designed as an eddy current drive device or an asynchronous drive.
In einer Weiterbildung kann die Axialkraftkompensationseinrichtung eine korrespondierende zweite magnetische Stirnradkupplung aufweisen, welche auf einer der magnetischen Stirnradkupplung der Antriebseinrichtung gegenüberliegenden Seite des magnetisierten Antriebszahnrads angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, einer vor der magnetischen Stirnradkupplung der Antriebseinrichtung auf das magnetisierte Antriebszahnrad in axialer Richtung wirkenden Kraft entgegenzuwirken. Die zweite magnetische Stirnradkupplung kann ein freilaufender bzw. frei rotierender Rotor sein. Mit anderen Worten kann ein freilaufendes Magnetrad auf der gegenüberliegenden Seite des Antriebszahnrad vorgesehen sein. Die von diesem freilaufenden Magnetrad auf das Antriebszahnrad wirkende Kraft in axialer Richtung kann also betragsmäßig gleich jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen auf das Antriebszahnrad wirken. Beispielsweise können die magnetische Stirnradkupplung der externen Antriebseinrichtung und die zweite magnetische Standardkupplung der axial Kraftkompensationseinrichtung gleich ausgebildet sein. Hierdurch können in der Fertigung Gleichteile verwendet werden, was die Fertigung vereinfacht und die Kosten senkt. Alternativ kann eine zweite Antriebseinrichtung auf der der Antriebseinrichtung gegenüberliegenden Seite des magnetisierten Antriebszahnarzt vorgesehen sein und als axial Kraftkompensationseinrichtung wirken.In a further development, the axial force compensation device can have a corresponding second magnetic spur gear coupling, which is arranged on a side of the magnetized drive gear opposite the magnetic spur gear coupling of the drive device and is set up to counteract a force acting in the axial direction on the magnetized drive gear in front of the magnetic spur gear coupling of the drive device . The second magnetic spur gear coupling can be a free-running or freely rotating rotor. In other words, a free-running magnetic wheel can be provided on the opposite side of the drive gear. The force acting on the drive gear from this free-running magnetic wheel in the axial direction can therefore act on the drive gear in the same amount but with the opposite sign. For example, the magnetic spur gear coupling of the external drive device and the second magnetic standard coupling of the axial force compensation device can be of the same design. As a result, identical parts can be used in production, which simplifies production and reduces costs. Alternatively, a second drive device can be provided on the opposite side of the magnetized drive tooth from the drive device and can act as an axial force compensation device.
Die Zahnradpumpe kann frei von einer aus dem Zahnrad herausragenden Antriebsachse sein. Mit anderen Worten weist das magnetisierten Antriebszahnrad keine zusätzliche Achse auf, welche aus dem Zahnrad herausragt. Wie oben bereits erläutert kann das Antriebszahnrad direkt und unmittelbar magnetisch angetrieben werden, ohne dass eine Kraft mittels einer mit dem Antriebszahnrad verbundenen Welle zugeführt werden müsste. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass eine flache Bauform ermöglicht wird.The gear pump can be free of a drive shaft protruding from the gear. In other words, the magnetized drive gear has no additional axis which protrudes from the gear. As already explained above, the drive gear can be driven directly and immediately magnetically without a force having to be supplied by means of a shaft connected to the drive gear. An advantage of this embodiment is that it allows for a flat design.
Das Gehäuse der Zahnradpumpe kann einen feststehenden Achsstift zur zentralen Lagerung des magnetisierten Antriebszahnrads aufweisen. Es kann jeweils eine Achse für jedes der Zahnräder der Zahnradpumpe fest im Gehäuse integriert sein. Insbesondere können Gehäuse und Achse einstückig mittels Spritzgießen gefertigt sein. Das Gehäuse kann eine Oberseite und eine Unterseite aufweisen. Sowohl die Oberseite als auch die Unterseite können jeweils einen feststehenden Achsstift zur zentralen Lagerung des magnetisierten Antriebszahnrad aufweisen. Hierdurch kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Lagerung des magnetisierten Antriebszahnrad bereitgestellt werden. Das magnetisierte Antriebszahnrad kann zur Lagerung ein zentrales, axiales Loch aufweisen. Alternativ kann auf einer Oberseite und/oder Unterseite das magnetisierten Antriebszahnrad eine Bohrung zur Aufnahme des oder der feststehenden Achsstifte zur zentralen Lagerung vorgesehen sein.The housing of the gear pump can have a fixed axle pin for the central mounting of the magnetized drive gear. An axis for each of the gears of the gear pump can be permanently integrated in the housing. In particular, the housing and axle can be manufactured in one piece by means of injection molding. The housing may have a top and a bottom. Both the upper side and the lower side can each have a fixed axle pin for the central mounting of the magnetized drive gear. As a result, a mounting of the magnetized drive gear wheel can be provided in a simple and cost-effective manner. The magnetized drive gear can have a central, axial hole for storage. Alternatively, on a top and / or bottom, the magnetized drive gear has a hole for Recording of the or the fixed axle pins can be provided for central storage.
Das magnetisierte Antriebszahnrad kann einen oder mehrere im Zahnrad integrierte Magnete aufweisen. Das Antriebszahnrad kann mehrere Magnete mit alternierender Polarisation aufweisen. Unter einer alternierenden Polarisation kann hierbei eine alternierende Polarisation bezüglich einer axialen Richtung einer Drehachse des Antriebszahnrads verstanden werden. Beispielsweise wechseln sich jeweils ein Nord-Süd und Süd Nord ausgerichteter Magnet ab. Vorzugsweise erfolgt die Kraftübertragung durch Magnete, die im Zahnrad mit möglichst großem radialem Abstand zur Drehachse angeordnet sind. Hierdurch kann bei gegebener Magnetstärke ein möglichst hohes Drehmoment erreicht werden. Es bietet sich beispielsweise an, eine geradzahlige Anzahl von Magneten mit alternierender Polung und eine entsprechende Anordnung auf dem antreibenden Rotor vorzusehen.The magnetized drive gear can have one or more magnets integrated in the gear. The drive gear can have several magnets with alternating polarization. Alternating polarization can be understood here as alternating polarization with respect to an axial direction of an axis of rotation of the drive gear. For example, a north-south magnet and a south-north magnet alternate in each case. Power is preferably transmitted by magnets which are arranged in the gear wheel with the greatest possible radial distance from the axis of rotation. As a result, the highest possible torque can be achieved with a given magnet strength. For example, it makes sense to provide an even number of magnets with alternating polarity and a corresponding arrangement on the driving rotor.
Das Antriebszahnrad kann aus einem magnetisierbaren Material bestehen. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Fertigung. Das Antriebszahnrad kann aus einem magnetisierbaren Komposit bestehen. Insbesondere kann das Antriebszahnrad mittels Spritzgießen aus einem magnetisierbaren Komposit hergestellt sein. Das Antriebszahnrad kann aus einem magnetisierbaren Ferrit-Polymer-Komposit bestehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Pumpe aus Kunststoff mittels Spritzgießverfahren hergestellt sein, die magnetisierbaren Zahnräder aus einem Komposit bestehend aus Polymer und Ferrit oder einem anderen magnetisierbaren, zu einem im Spritzgießverfahren verarbeitbaren Komposit mischbaren magnetisierbaren Material. Ein oder mehrere Vorteile dieser Ausführungsform, insbesondere bei der Verwendung eines Ferrit-Polymer-Komposits, können darin bestehen, dass eine geringe Reibung, ein geringer Verschleiß und eine hohe Lebensdauer erreicht werden können, die Zahnradpumpe bzw. das Antriebszahnrad kostengünstig herstellbar und/oder problemlos entsorgbar sind.The drive gear can consist of a magnetizable material. This enables a particularly efficient production. The drive gear can consist of a magnetizable composite. In particular, the drive gear wheel can be produced from a magnetizable composite by means of injection molding. The drive gear can consist of a magnetizable ferrite-polymer composite. In a particularly preferred embodiment, the pump can be made of plastic by injection molding, the magnetizable gears of a composite consisting of polymer and ferrite or another magnetizable material that can be mixed to form a composite that can be injection molded. One or more advantages of this embodiment, particularly when using a ferrite-polymer composite, can be that low friction, low wear and a long service life can be achieved, the gear pump or the drive gear can be produced inexpensively and/or without problems are disposable.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Zahnradpumpe zur Förderung eines flüssigen Mediums vorgeschlagen, mit einem Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, und einem im Gehäuse angeordneten magnetisierten Antriebszahnrad zum Fördern des flüssigen Mediums vom Einlass zum Auslass, wobei die Zahnradpumpe dazu eingerichtet ist, dass das Antriebszahnrad magnetisch und durchführungsfrei von einer externen Antriebseinrichtung antreibbar ist; wobei das Antriebszahnrad aus eine magnetisierbaren Material besteht, insbesondere aus einem magnetisierbaren Komposit, insbesondere aus einem magnetisierbaren Ferrit-Polymer Komposit. Bei der Axialkraftkompensationseinrichtung kann es sich hierbei um ein optionales Merkmal handeln.According to a further aspect of the present disclosure, a gear pump for conveying a liquid medium is proposed, having a housing with an inlet and an outlet, and a magnetized drive gear arranged in the housing for conveying the liquid medium from the inlet to the outlet, the gear pump being set up for this purpose that the drive gear can be driven magnetically and through-free by an external drive device; wherein the drive gear consists of a magnetizable material, in particular a magnetizable composite, in particular a magnetizable ferrite-polymer composite. The axial force compensation device can be an optional feature.
Das Gehäuse kann aus einem nichtleitenden Material bestehen, insbesondere aus einem graphitgefüllten Polyamid-Komposit. Beispielsweise kann das Gehäuse aus graphitgefülltem Polyamid Komposit besehen. Ein Vorteil eines aus einem nichtleitenden Material bestehenden Gehäuses besteht darin, dass bei Gehäusen aus leitendem Material auftretende Wirbelstromverluste vermieden werden können. Ein Vorteil eines Gehäuses aus einem graphitgefüllten Polyamid-Komposit besteht darin, dass vorteilhafte tribologische Eigenschaften und/oder eine reduzierte Reibung im Gehäuse der Zahnradpumpe laufenden Zahnrads erreicht werden können.The housing can be made of a non-conductive material, in particular a graphite-filled polyamide composite. For example, the housing can be made of graphite-filled polyamide composite. An advantage of a housing made of a non-conductive material is that eddy current losses that occur with housings made of conductive material can be avoided. An advantage of a housing made of a graphite-filled polyamide composite is that advantageous tribological properties and/or reduced friction can be achieved in the housing of the gear pump with the running gear.
Das Gehäuse der Zahnradpumpe kann ein Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil aufweisen. Das Gehäuse der Zahnradpumpe kann ein Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil bestehen. Das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil können identisch sein. Da keine Durchführung für eine Antriebsachse des Antriebszahnrads erforderlich ist, können Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil gleich ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich können Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil symmetrisch ausgeführt sein. Hierdurch können die Fertigungskosten reduziert werden. Beispielsweise ist nur eine Form für das Spritzgießen von Ober- und Unterteil erforderlich. Zwischen Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil kann eine Dichtung vorgesehen sein.The housing of the gear pump can have a housing upper part and a housing lower part. The housing of the gear pump can consist of an upper housing part and a lower housing part. The upper part of the housing and the lower part of the housing can be identical. Since no bushing is required for a drive axle of the drive gear wheel, the upper part of the housing and the lower part of the housing can be of the same design. Alternatively or additionally, the upper part of the housing and the lower part of the housing can be designed symmetrically. As a result, the manufacturing costs can be reduced. For example, only one mold is required for injection molding the upper and lower parts. A seal can be provided between the upper part of the housing and the lower part of the housing.
In einer Weiterbildung können das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil durch Kleben miteinander verbunden sein. Das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil können an klebstofffreien definierten Kontaktflächen aneinander anliegen. Die Klebeflächen können gegenüber den definierten Kontaktflächen zurückversetzt sein. Ein sich ergebender Spalt zwischen den Klebeflächen kann mit Klebstoff gefüllt sein und eine Verbindung zwischen Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil herstellen. Dadurch, dass Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil der Zahnradpumpe an definierten Kontaktflächen aneinander anliegen, ist eine präzise Fertigung bei gleichzeitig geringen Kosten möglich. Das durch die definierten Kontaktflächen bereitgestellte Spiel vermeidet ferner fluidische Nebenschlüsse. Vorzugsweise besteht nur ein minimales Spiel von beispielsweise weniger als 50 µm, vorzugsweise weniger als 20 µm zwischen Zahnrädern und Gehäusewanderung.In a further development, the upper part of the housing and the lower part of the housing can be connected to one another by gluing. The upper part of the housing and the lower part of the housing can rest against one another at adhesive-free, defined contact surfaces. The adhesive surfaces can be set back from the defined contact surfaces. A resulting gap between the adhesive surfaces can be filled with adhesive and produce a connection between the upper housing part and the lower housing part. Due to the fact that the upper part of the housing and the lower part of the housing of the gear pump rest against one another at defined contact surfaces, precise manufacture is possible at low costs at the same time. The play provided by the defined contact surfaces also avoids fluidic shunts. There is preferably only a minimal play of, for example, less than 50 μm, preferably less than 20 μm, between gears and housing migration.
Eine Gehäusefläche, an welcher das angetriebene Zahnrad anliegt, kann mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen ist. Beispielsweise kann hierbei eine Teflonbeschichtung zum Einsatz kommen. Es sind jedoch andere Beschichtungen mit niedrigem Reibungskoeffizienten und hoher Abriebfestigkeit möglich. Hierdurch kann die Effizienz und Lebensdauer weiter verbessert werden.A housing surface against which the driven gear bears can be provided with a friction-reducing coating. For example, a Teflon coating can be used here. However, there are other coatings ments with a low coefficient of friction and high abrasion resistance are possible. As a result, the efficiency and service life can be further improved.
Das Gehäuse kann eine (maximale) Wandstärke von weniger als 5mm, insbesondere von weniger als 2mm insbesondere von weniger als 1 mm aufweisen. Dies erlaubt einen entsprechend geringen Abstand zwischen dem Antriebszahnrad und der Antriebseinrichtung. Dies ist vorteilhaft, wegen der mit abnehmendem Abstand steigenden magnetischen Kraftwirkung und zunehmendem Drehmoment.The housing can have a (maximum) wall thickness of less than 5 mm, in particular less than 2 mm, in particular less than 1 mm. This allows a correspondingly small distance between the drive gear and the drive device. This is advantageous because of the increasing magnetic force effect and increasing torque as the distance decreases.
Dine Höhe der Zahnradpumpe in axialer Richtung entlang einer Drehachse des magnetisierten Antriebszahnrads kann kleiner oder gleich 15 mm, insbesondere kleiner oder gleich 12 mm, insbesondere kleiner oder gleich 10 mm, insbesondere kleiner oder gleich 8 mm, insbesondere kleiner oder gleich 5 mm sein. Eine Höhe der Zahnradpumpe in axialer Richtung entlang einer Drehachse des magnetisierten Antriebszahnrads kann kleiner oder gleich einer dreifachen Dicke (Höhe in axialer Richtung) des magnetisierten Antriebszahnrads, insbesondere kleiner oder gleich einer zweifachen Dicke des magnetisierten Antriebszahnrads, insbesondere kleiner oder gleich einer 1,5-fachen Dicke des magnetisierten Antriebszahnrads sein. Ein Vorteil der jeweiligen Ausgestaltungen ist eine besonders flache Bauform. Eine besonders flache Bauform kann insbesondere dadurch bereitgestellt werden, da das magnetische Zahnrad direkt angetrieben werden kann.The height of the gear pump in the axial direction along an axis of rotation of the magnetized drive gear can be less than or equal to 15 mm, in particular less than or equal to 12 mm, in particular less than or equal to 10 mm, in particular less than or equal to 8 mm, in particular less than or equal to 5 mm. A height of the gear pump in the axial direction along an axis of rotation of the magnetized drive gear can be less than or equal to three times the thickness (height in the axial direction) of the magnetized drive gear, in particular less than or equal to twice the thickness of the magnetized drive gear, in particular less than or equal to a 1.5 times the thickness of the magnetized drive gear. An advantage of the respective configurations is a particularly flat design. A particularly flat design can be provided in particular because the magnetic gear wheel can be driven directly.
Das Gehäuse der Zahnradpumpe kann eine zylinderförmige Einwölbung aufweisen. Das magnetisierte Antriebszahnrad kann als ringförmiges Zahnrad ausgebildet sein, welches um die zylinderförmige Einwölbung rotiert. Die zylinderförmige Einwölbung kann dazu ausgebildet sein, dass das magnetische, ringförmige Zahnrad durch eine in die zylinderförmige Ausnehmung hereinragende magnetischen Stirnradkupplung einer externen Antriebseinrichtung antreibbar ist. Mit dieser Ausgestaltung kann eine Alternative Form der axial Kraftkompensationseinrichtung bereitgestellt werden. Die Magnetisierung des magnetisierten Antriebszahnrad kann hierbei in radialer Richtung bereitgestellt sein und eine korrespondierende radiale Magnetisierung der magnetischen Standardkupplung der extern Antriebseinrichtung vorgesehen sein.The housing of the gear pump can have a cylindrical indentation. The magnetized drive gear wheel can be in the form of an annular gear wheel which rotates around the cylindrical concavity. The cylindrical indentation can be designed so that the magnetic, ring-shaped gear wheel can be driven by a magnetic spur gear coupling of an external drive device projecting into the cylindrical recess. With this configuration, an alternative form of the axial force compensation device can be provided. The magnetization of the magnetized drive gear can be provided in the radial direction and a corresponding radial magnetization of the magnetic standard coupling of the external drive device can be provided.
Die Zahnradpumpe kann eine medizinische Zahnradpumpe sein. Insbesondere kann die Zahnradpumpe zur Förderung einer Infusionslösung oder einer Körperflüssigkeit ausgebildet sein.The gear pump can be a medical gear pump. In particular, the gear pump can be designed to deliver an infusion solution or a body fluid.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.Further advantages result from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 A und B zeigen schematische Darstellungen einer Zahnradpumpe in geschlossenem Zustand und in offenem Zustand ohne Gehäuseoberteil; -
2 A bisC zeigen perspektivische schematische Darstellungen einer Zahnradpumpe; -
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Pumpsystems mit Zahnradpumpe, Antriebseinrichtung und Axialkraftkompensationseinrichtung; -
4 zeigt eine Draufsicht einer Antriebseinrichtung mit Stirnradkupplung; -
5 zeigt eine schematische Darstellung einer magnetisch gekoppelten Zahnradpumpe in Verbindung mit einer Axialkraftkompensationseinrichtung; -
6 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer magnetisch gekoppelten Zahnradpumpe in Verbindung mit einer Axialkraftkompensationseinrichtung; -
7 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Zahnradpumpe mit Axialkraftkompensationseinrichtung; -
8 zeigt eine Draufsicht einer schematischen Darstellung einer Zahnradpumpe mit Axialkraftkompensationseinrichtung; -
9A und B zeigen weitere schematische Darstellungen einer Zahnradpumpe und einer Antriebseinrichtung; -
10 zeigt eine schematische Darstellung eines Pumpsystems; -
11 zeigt Fotos von einer mittels Spritzgießen hergestellten Zahnradpumpe und eines magnetisierten Antriebszahnrads; -
12 zeigt einen Graphen einer Fördermenge über einer Umdrehungszahl einer Zahnradpumpe; -
13 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlsystems mit einem Kühlpad und einer Kühlvorrichtung; -
14 zeigt eine schematische Darstellung einer Anwendung des Systems aus13 , -
15 zeigt den inneren Aufbau des Kühlsystems mit Kühlpad und Kühlvorrichtung aus13 .
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1A and B show schematic representations of a gear pump in the closed state and in the open state without the upper housing part; -
2 A untilC show perspective schematic representations of a gear pump; -
3 shows a schematic representation of a pumping system with gear pump, drive device and axial force compensation device; -
4 shows a top view of a drive device with a spur gear coupling; -
5 shows a schematic representation of a magnetically coupled gear pump in connection with an axial force compensation device; -
6 shows a further schematic representation of a magnetically coupled gear pump in connection with an axial force compensation device; -
7 shows a further schematic representation of a gear pump with an axial force compensation device; -
8th shows a plan view of a schematic representation of a gear pump with an axial force compensation device; -
9A B and B show further schematic representations of a gear pump and a drive device; -
10 shows a schematic representation of a pumping system; -
11 Figure 12 shows photographs of an injection molded gear pump and magnetized drive gear; -
12 shows a graph of a delivery rate versus a number of revolutions of a gear pump; -
13 shows a schematic representation of a cooling system with a cooling pad and a cooling device; -
14 FIG. 12 shows a schematic representation of an application of the system from FIG13 , -
15 shows the internal structure of the cooling system with cooling pad and cooling device13 .
Die Zahnradpumpe 50 weist ein Gehäuse 510 mit einem Einlass 511 und einem Auslass 512 auf. In dem Gehäuse 510 ist ein Antriebszahnrad 531 angeordnet zum Fördern des flüssigen Mediums vom Einlass 511 zum Auslass 512. In dem gezeigten, nichtbeschränkenden Ausführungsbeispiel ist die Zahnradpumpe als Außenzahnradpumpe ausgeführt, es kann sich jedoch auch um eine Innenzahnradpumpe, Zahnringpumpe oder Schraubenpumpe handeln. Die Zahnradpumpe 50 ist dazu eingerichtet, dass das Antriebszahnrad 531 magnetisch und insbesondere durchführungsfrei von einer externen Antriebseinrichtung antreibbar ist. Wie in
Wie in
In dem in
In dem in
Optionale Führungsstifte 526 und korrespondierende Führungslöcher 527 helfen bei der Ausrichtung von Gehäuseoberteil 522 und Gehäuseunterteil 521 relativ zueinander und erleichtern den Zusammenbau. Eine Gehäusefläche 528, an welcher das angetriebene Zahnrad 531 anliegt kann mit einer reibungsreduzierenden, vorzugsweise chemisch inerten Beschichtung versehen sein. Wie in
In dem in
In dem in
Vorzugsweise können die Zahnradpumpe 50 und das angrenzende Schlauchsystem bereits in einer sterilen Verpackung geliefert werden. Dadurch können Verschmutzungen vermieden werden und wertvolle Laborzeit gespart werden.The
Bei der Pumpeinrichtung 50 kann es sich vorzugsweise um eine Zahnradpumpe handeln, wie oben beschrieben. Insbesondere bei einem batteriebetriebenen Kühlsystem kann die Effizient dank der vorgeschlagenen Axialkraftkompensationseinrichtung weiter verbessert werden.The
Das Leitungssystem 40 weist im vorliegenden Beispiel zwei Schlauchleitungen auf, einen Vorlauf 41 und einen Rücklauf 42. Der Vorlauf 41 ist mit einem Eingang 21 des ersten Wärmetauschers 20 und einem Ausgang 32 des zweiten Wärmetauschers 30 fluidisch verbunden. Der Rücklauf 42 ist mit einem Ausgang 22 des ersten Wärmetauschers 20 und einem Eingang 31 des zweiten Wärmetauschers 30 fluidisch verbunden.In the present example, the
Bei dem Kühlpad 10 kann es sich um ein vollintegriertes, geschlossenes fluidgefülltes Kühlpad handeln. Das Kühlpad 10 kann einen hermetisch abgeschlossenen Fluidkreislauf aufweisen. Es ist somit nicht erforderlich, das Kühlpad an einen externen Fluidkreislauf anzuschließen. Die Handhabung kann dadurch deutlich vereinfacht werden.The
Die Kühlvorrichtung 60 für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen weist auf: eine Aufnahme 61 eingerichtet zur Aufnahme des zweiten, geräteseitigen Wärmetauschers 30 des Kühlpads; eine Kühleinrichtung, insbesondere mit einem thermoelektrischen Kühlelement wie einem Peltierelement 81; wobei die Kühleinrichtung dazu eingerichtet ist, dem zweiten, geräteseitigen Wärmetauscher 30 des Kühlpads 10 Wärme zuzuführen oder von diesem abzuführen, wenn sich der Wärmetauscher des Kühlpads in der Aufnahme befindet 61; und eine Antriebseinrichtung 90, die dazu eingerichtet ist, eine in dem Kühlpad 10 integrierte Pumpeinrichtung 50 anzutreiben. Dies ist beispielhaft in
In dem in
In dem in
In dem in
Die vorliegende Offenbarung befasst sich insbesondere mit einer verbesserten Zahnradpumpe, einer verbesserten Antriebseinrichtung und einem entsprechenden Pumpsystem. Die hierin offenbarten Lösungen können insbesondere im Bericht der Medizintechnik und bei Laboranwendungen vorteilhaft eingesetzt werden. Insbesondere können die hierin offenbarten Lösungen eine Alternative für im Bereich der Medizintechnik oftmals eingesetzten Peristaltikpumpen darstellen und/oder bestehende Nachteile von Zahnradpumpen abmildern.The present disclosure is particularly concerned with an improved gear pump, an improved drive device and a corresponding pumping system. The solutions disclosed herein can be used to particular advantage in medical engineering reports and laboratory applications. In particular, the solutions disclosed herein can represent an alternative to the peristaltic pumps that are often used in the field of medical technology and/or alleviate the existing disadvantages of gear pumps.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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