DE1653505A1

DE1653505A1 - Stroemungsmediumpumpe,insbesondere fuer medizinische Zwecke und Weltraumanzuege

Info

Publication number: DE1653505A1
Application number: DE19661653505
Authority: DE
Inventors: Curtis Daniel Lee
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1965-09-20
Filing date: 1966-08-24
Publication date: 1970-10-22
Also published as: GB1125090A; SE319085B; US3526223A

Description

PATENTANWÄLTE
DIPL-ING. HANS BEGRICH - DIPL-ING. ALFONS WASMEIER

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L/p 4792

^Taa 22. August 1966 B/He

LITTON INDUSTRIES ItC, 33;6 North Foothill Road, Beverly Hills,

öalifoxhiä-, U.S.A.

StrÖmuhgsmediumpumpe, insbesondere für medizinische Zwecke und

Weltraumanzüge.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmediumpumpe, insbesondere für eine medizinische Verwendung und Weltraumanzüge, in welcher ein passives Strömungsmedium, welches das zu pumpende Strömungsmedium darstellt, mittels periodisch auftretender Druckänderungen in dem Fluß eines Pumpmediums in Richtung der Pumpbewegung angetrieben wird, wobei sich jedes der beiden Strömungsmedien in der gleichen Richtung in einer besonderen Leitung bewegt, und die beiden Leitungen durch eine biegsame Membran voneinander getrennt sind.

Durch die Strömungsmediumpumpe nach der Erfindung soll also ein Strömungsmedium durch.die Wirkung eines anderen Strömungsmediums gepumpt werden, wobei die Strömungsmedien aus Flüssig-

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keifen oder Gasen bestehen können» Die Pumpe nach der Erfindung bewegt ein strömendes Material durch eine einer peristaltischen Bewegung nahe verwandten Wirkung, d.h., wobei das durch eine Membran innerhalb der Pumpe begrenzte Strömungsmedium vorwärts · durch aufeinanderfolgende Zusammenziehungen der Membran gedrückt wird.

Es sind in der neueren Zeit Entwicklungen in der Art von reinen Strömungsmediumvorrichtungen und in Schutzänzügen für Piloten und andere Personen gemacht worden, welche nicht druckaufgeladene Kabinen von Fahrzeugen einnehmen, welche in größeren Höhen als zwanzig Kilometer über dem Meeresspiegel arbeiten. ₌ Solche Entwicklungen haben die Notwendigkeit für eine vereinfachte, leichte und zuverlässige Strömungsmediumpumpe bewiesen, welche verhältnismäßig wenig sich bewegende Teile hat und nicht von einer elektrischen Energiequelle abhängig ist. Eines der Hauptprobleme bei den Versuchen, diesen Notwendigkeiten gerecht zu werden, bestand in der Unmöglichkeit, solch eine Pumpvorrichtung vollkommen von einer elektrischen Energiequelle loszulösen.

Es sind Strömungsmediumpumpen bekannt, bei welchen ein als ein Pumpmedium wirkendes Strömungsmedium dazu verwendet wird, um ein anderes Strömungsmedium zu bewegen. Unter den Pumpen dieser

sich

Art befinden/solche, welche ein starres äußeres Gehäuse aufweisen, in welchem eine biegsame, umwandete Leitung als innere Auskleidung angeordnet ist. Bas zu pumpende Strömungsmedium^ und zwar das passive Strömungsmedium, fließt durch die nachgiebig umwandete Leitung., während das Pumpmedium in dem ringförmigen Raum zwischen der biegsam umwandeten Leitung und der inneren Oberfläche des Gehäuses gedrückt wird, obgleich auch umgekehrte Verhältnisse bekannt sind. Solche Pumpen sind in

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ihrer Art peristaltisch, indem das passive Strömungsmedium durch ein aufeinanderfolgendes Zusammendrücken mittels des Pumpmediumdruckes zusammengedrückt wird, wobei die nachgiebig umwandete Leitung das passive Strömungsmedium enthält.

Obgleich sich frühere peristältische Pumpen in vieler Hinsicht als zweckmäßig erwiesen haben, sind hinsichtlich ihrer Verwendung mehrere Nachteile vorhanden. Einmal ist es nicht ungewöhnlich, festzustellen, daß mehr als eine von den Gehäuse-Leitungsanordnungen erforderlich sind, um die Pumpe zu bilden. In solch einem Fall sind die Gehäuse normalerweise mit ihren Enden verbunden, und die peristältische Wirkung wird durch ein äußeres Steuerventil oder eine Hilfspumpe erzeugt, durch welche periodisch einer der Gehäuse-Leitungsanordnungen jeweils Pumpmedium zugeführt wird. Eine Strömungsmediumpumpe von dieser Ausführung ist ziemlich platzbeanspruchend und schwerfällig, und hat eine übermässige Anzahl von sich bewegenden Teilen. Ferner wird bei den bekannten Strömungsmediumpumpen mit nur einer Gehäuse-Leitungsanordnung die peristältische Wirkung entweder durch ein äußeres Steuerventil oder durch wandernde Druckwellen in dem Pumpmedium erzeugt, welche durch eine äußere Quelle von sinusförmig auftretenden Druckschwankungen erzeugt werden. Damit wandernde oder sich bewegende Druckwellen verwendet werden können, um die biegsame, nachgiebige Leitung innerhalb des Gehäuses zusammenzudrücken, soll die Leitung aus zwei Materialien von stark unterschiedlichem Elastizitätsmodul zusammengesetzt sein, wodurch weiterhin die Ausführungsform der Pumpe kompliziert wird. Darüber hinaus erfordern beide erwähnten Strömungsmediumpumpen eine motorangetriebene Hilfspumpe zum Zirkulieren des Pumpmediums durch die Gehäuse- Leitungs« anordnung oder zur Erzeugung der wandernden Druckwellen. Dieses

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Erfordernis macht die StrÖmungsmediumpumpen von einer anderen, motorangetriebenen Pumpe abhängig und schließt ihre Verwendung aus, wo aus Gründen van Ausmaß, Gewicht, Nichtzurverfügungstehen

oder
von Elektrizität/aus anderen Gründen Motoren jeder Art nicht verwendet werden können.

Es ist ferner bei einer anderen als der beschriebenen Art von Strömungsmediumpumpen vorgeschlagen worden, das Erfordernis einer Hilfsmotorkraftquelle durch Verwendung einer Strömungsmediumkraft zur Betätigung der Strömungsmediumpumpe auszuschalten. Die Pumpe weist im allgemeinen ein durch eine biegsame Membran unterteiltes Gehäuse auf. Das passive Strömungsmedium wird in die untere Hälfte des Gehäuses, die sogenannte Strömungskammer injeziert. Äußere Ventile werden verwendet, um zyklische Strömungsmediumdruckschwankungen in der oberen Hälfte des Gehäuses, der sogenanten Pumpkammer zu erzeugen. Die periodischen Druckschwankungen verursachen eine Deformation der das Gehäuse unterteilenden Membran und haben zur Folge, daß das passive Strömungsmedium in die Strömungskammer eingezogen und daraus ausgestoßen wird. Hydrostatische Drücke eines Pumpmediums, wie beispielsweise Wasserfälle, Druckgas, druckaufgeladene Rohrleitungen und dergl. sind als Strömungsjiiäruekquellen für die Pumpkammer vorgeschlagen worden. Selbst obgleich solche Kraftquellen mit geringerem Erfolg bei dieser früheren Pumpe verwendet worden sind, haben sie nicht mit Erfolg eine wahrhaft unabhängige Strömungsmediumpumpe vorgesehen, da eine äußere Ventilierung noch erforderlich gewesen ist, um die Schwankungen in dem Druck hervorzurufen. Die Notwendigkeit für diese Hilfskontrollen hat wesentlich die Gebrauchsfähigkeit der Pumpe herabgesetzt.

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Der Zweck der vorliegenden. Erfindung bestellt darin, eine Strömungsmediumpumpe zu schaffen, welche keine äußeren Antriebe oder Motoren, Rückschlagventile oder Pumpen für ihren Betrieb erfordert und durch eine Strömungsmediumquelle von wesentlichem konstantem Druck betätigt werden kann. Weiterhin soll die Strömungsmediumpumpe nach der Erfindung verhältnismäßig wenig sich bewegende Teile haben, leicht herstellbar sein und eine groß.e Lebensdauer haben. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch, erreicht-, daß die periodisch auftretenden Druckänderungen durch die biegsame Membran erzeugt werden, w die in Abständen eine Abdichtung bildet, welche den Fluß des Pumpmediums unterbricht. Durch die Strömungsmediumpumpe nach der Erfindung soll also ein Strömungsmedium mittels eines Druckdifferentials bewegt werden, weiches zwischen dem einen Strömungsmedium und einem weiteren Strömungsmedium besteht.

Die Strömungsmediumpumpe nach der Erfindung soll ferner in sich abgeschlossen und unabhängig und in ihrer Art peristaltisch sein, indem ein erster Stoff durch Zusammendrücken einer biegsamen oder nachgiebigen röhrenförmigen Membran, welche -*m den ersten Stoff enthält, mittels Druck in einem weiteren Stoff vorwärtebewegt werden.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, ein Strömungsmediumpumpsystem für Veitraumkörper vorzusehen, in welchem ein Strömungsmedium) wie beispielsweise ein Kühlmedium mittels eines StrÖmungsmediumdruckes von dem Weltraumkörper zugeführten Atemgas gepumpt wird.

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Dies wird gemäß der Erfindung durch eine Strömungsmediumpumpe durchgeführt, welche ein äußeres Gehäuse und eine darin angeordnete, biegsame, röhrenförmige Membran aufweist, welche sich über die länge des Gehäuses erstreckt. Die röhrenförmige Membran dient als eine Sperre zwischen dem Pumpmedium und dem zu pumpenden passiven Strömungsmedium. Die Membran dient auch dazu, periodisch den Fluß des Pumpmediums zu ventilieren. Es genügt, hierzu zu sagen, daß die röhrenförmige Membran in ihrem ausgedehnten Zustand eine Strömungsmediumabd^ichtung für das Pumpw medium bildet. Das zu pumpende Medium, welches das passive Strömungsmedium bildet, fließt durch die röhrenförmige Membran, wohingegen das Pumpmedium in das Gehäuse eintritt und zwischen der röhrenförmigen Membran und der innenfläche des Gehäuses entlangströmt. =

Bei der beschriebenen Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung wird ein Pumpen des passiven Strömungsmediums, welches aus einem in einem Strömungsmediumbehälter bevorrateten Kühlmittel bestehen kann, durch einen Schutzanzug, beispielsweise'. ^ einen Weltraumanzug, dadurch durchgeführt, daß ein Einlaßende des Pumpgehäuses an den Behälter für das passive Strömungsmedium und ein Auslaßende des Pumpgehäuses an den Haumanzug angeschlossen wird. Ein Einlaßrohr für das Pumpmedium verbindet eine Strömungsmediumquelle von konstantem Druck mit dem Pumpgehäuse, und eine Austrittsleitung verbindet das Pumpgehäuse mit dem Raumanzug, da in diesem Fall das Pumpmedium aus dem Sauerstoff besteht, welches dem Benutzer des Anzuges zugeführt wird. Ein Zusammendrücken der röhrenförmigen Membran aufgrund des Unterschiedes zwischen den Drücken des Pumpmediums und des passiven Strömungsmediums drückt das passive Strömungsmedium zu dem Ausgang der Pumpe in eine durch zwei Absperrventile bestimmten Flußrichtung.

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Es soll angenommen werden, daß das Pumpmedium aus gasförmigen Sauerstoff "besteht, und daß die Membran mit einem flüssigen, passiven Strömungsmedium gefüllt ist. Die röhrenförmige Membran ist dadurch zu ihrer größten, durch die Innenwand des Gehäuses begrenzten Ausdehnung aufgeblasen. Eine Wirksame Gasabdichtung wird dadurch gebildet, daß die Membran gegen die Innenwand des Pumpgehäuses gedrückt wird, und der Gasfluß in die Pumpe von der Konstantdruckwelle wird eingefangen und verursacht ein Anwachsen des Gasdruckes in der Pumpe. Wenn der Gasdruck ansteigt, wird er größer als der Flüssigkeitsdruck, so daß die röhrenförmige Membran zusammengedrückt wird, da sie eine Zone von dehnbarem Volumen bildet, und pumpt dadurch die in der Membran enthaltene Flüssigkeit in einsc glatten und weichen Bewegung von dem einen Ende der Pumpe zu dem anderen. Die Gasabdichtung wird schließlich unterbrochen, so daß das Gas zudem Ausgang der Pumpe durch die Ausströmleitung fließen kann. Ein plötzlicher Abfall in dem Gasdruck innerhalb der Pumpe bei einem Entweichen des Gases durch die AusströäLeitung hat zur Folge, daß der Flüssigkeitsdruck größer als der Gasdruck wird, so daß Flüssigkeit in die Membran eintreten kann und die Membran wieder ausgedehnt wird. Der Pumpzyklus kann wiederholt werden.

Durch die Erfindung wird eine in sich abgeschlossene, unabhängige Strömungsmediumpumpe geschaffen, welche ein Pumpengehäuse mit Einlaß- und Auslaßöffnungen.enthält, durch welche ein Strömungsmedium hindurchtreten kann. Eine biegsam umwandete, innerhalb des Pumpgehäuses angeordnete Kammer hat Öffnungen zu der Außenseite der Pumpe, so daß ein zweites Strömungsmedium hindurchtreten kann. Wenn das zweite Strömungsmedium die biegsam.umwandete Kammer füllt, wird die Wand der biegsamen Kammer voll

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ausgedehnt und trennt die Auslaßöffnung von der Einlaßöffnung durch Bildung einer Abdichtung, wodurch der Fluß des ersten Strömungsmediums durch das Pumpengehäuse verhindert wird, so daß der Druck des ersten Strömungsmediums innerhalb des Einlaßbereiches des Gehäuses ansteigt. Da das erste Strömungsmedium der Pumpe bei einem im wesentlichen konstanten Druck zugeführt wird, steigt der Druck des ersten in dem Gehäuse eingefangenen Strömungsmediums an, und drückt die biegsam umwandete Kammer zusammen und zwingt das andere Strömungsmedium aus der biegsamen Kammer heraus. Diese äußerst vereinfachte und zuverlässige Strömungsmediumpumpe ist insbesondere für eine Verwendung beispielsweise als eine künstliche Herzpumpe oder in Räumanzügeh zum Pumpen von Blut oder Kühlmedium mittels der von der Ausdehnung des zusammengedrückten Sauerstoffes abgeleiteten Kraft, welcher normalerweise zum Zuführen von Atemgas zu dem _s Patienten oder Raumanzugbenutzer verwendet wird, geeignet.

Dadurch, daß man den sich ausdehnenden, komprimierten Sauerstoff die Arbeit des Pumpens eines Kühlungsmittels zu einem Raumanzug beispielsweise ausführen läßt, wird Energie von dem komprimierten Sauerstoff genommen, und dadurch leicht die Temperatur des dem Raumanzug von der Ausstromleitung der Pumpe zugeführten Sauerstoffes erniedrigt. Dies ist vorteilhaft, da das kühlere Atemgas mit dem Kühlmittel zusammenwirkt und den Anzugbenutzer bei einer niedrigeren Temperatur innerhalb des Raumanzuges hält.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.

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Mg. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Pumpsystem mit einer Strömungsmediumpumpe nach der Erfindung.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Strömungsmediumpumpe nach der Erfindung.

-Fig. 3 zeigt in einem der Mg. 2 ähnlichen Schnitt die Pumpe in einer anderen Arbeitsphase.

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Pig. 4 zeigt die Pumpe in einer noch weiteren Arbeitsphase» ""-Mg. 5 zeigt ein Pumpsystem mit zwei Strömungsmediumpumpen.

Mg. 5a zeigt in einem Schnitt eine abgeänderte Ausführungsform von Pumpmediumabienker.

Pig. 6 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Pumpsystem mit zwei Strömungsmediumpumpen in !Reihenschaltung.

Bei dem Pumpensystem nach Pig. 1 bewegt eine Pumpe 10 ein ^

passives Strömungsmedium, beispielsweise ein flüssiges Kühlmittel, von einem Behälter 40 durch einen Räumanzug 50 mittels einer durch ein Pumpmedium, beispielsweise ein komprimiertes Gas wie Sauerstoff innerhalb einer Flasche 60 zugeführten Kraft. Das Pumpmedium wird der Pumpe 10 durch ehe Strömungsmed!umleitung 62 zugeführt, welche an einer Einlaßleitung 24 . der Pumpe 10 durch ein Auslaßreglerventil 64 von konstantem Druck angeschlossen ist, welches einen im wesentlichen konstanten Druck cp zu der Leitung 24 sicherstellt. Das passive Strömungsmedium fließt von dem Behälter 40 zu der Pumpe 10

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durch eine Strömungsmediumleitung 29, welche an einer Einlaßleitung 14 durch ein Regulierventil 20 angeschlossen ist. Ein Druck wird auf das passive Strömungsmedium durch einen Kolben 131 innerhalb des Behälters 40 aufrechterhalten, welcher nach unten durch eine Feder I30 gedrückt wird.

Das passive Strömungsmedium wird von der Pumpe 10 durch eine Auslaßleitung 16 zu dem Raumanzug 50 durch ein Regulier- oder Absperrventil 30 herausgedrückt, welches mit dem Raumanzug 50 durch eine Leitung 31 verbunden ist. Die Pumpe 10 ist mit dem Raumanzug" 50 ferner durch eine Austrittsleitung 26 verbunden, durch welche das Pumpmedium der Pumpe 10 entweicht, um Sauerstoff als Atemgas dem Raumanzugbenutzer zuzuführen.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß der Raumanzug 50 schematisch dargestellt und mit einer inneren Kammer 92 versehen ist, in welcher der Anzugberiutzer Platz nimmt und welcher Atemgas durch ein Verbindungsstück 93 zugeführt wird. Gas entströmt dem Raumanzug 50 durch eine Überdruckaustrittsöffnung 63 in der Haube. Der Raumanzug 50 ist ferner mit einer Kühlmittelhülle 90 als einteiliger Bestandteil davon vers&en. Das passive Kühlmittel wird der Kühlmittelhülle 90 durch ein Verbindungsstück 94 zugeführt, an welches die Strömungsmediumleitung 31 angeschlossen ist. Das passive Strömungsmedium tritt aus der Kühlmittelhülle 90 des, Raumanzuges 50 durch eine Leitung 91 aus, welche an dem Behälter 40 angeschlossen ist.

Die passive Strömungsmediumgeschwindigkeit durch die Pumpe 10 kann eingestellt werden, so daß sie derStrömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels innerhalb der Kühlmittelhülle 90 angepaßt ist,

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was für eine maximale metabolische Wärmeerzeugung durch den Anzugbenutzer erforderlich ist. Die Pumpe 10 kann eingestellt werden, so daß sie sich automatisch der erforderlichen Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit über den gesamten Bereich einer metabolischen Wärmeerzeugung wie in der Tatsache anpaßt, daß der Sauerstoffverbrauch des Anzugbenutzers im wesentlichen eine lineare Funktion der metabolischen Wärme ist. Wenn somit mehr Sauerstoff durch den Anzugbenutzer aufgrund vergrößerter Anstrengungen erforderlich ist, wird ein anteilmäßig größerer Betrag an strömendem Kühlmittel durch die Kühlmittelhülle 90 durch die Pumpe 10 nach der Erfindung gepumpt.

fig. 2 ist ein Querschnitt durch die unabhängige Strömungsmediumpumpe 10 nach Mg. 1, welche nach der Ausführungsform der Erfindung die Notwendigkeit für Hilfsmotoren und Pumpen zum Pumpen eines Strömungsmediums mittels eines anderen Strömungsmediums vermeidet. Grundsätzlich waist die Pumpe 10 nach Hg. 2 ein äußeres, zylindrisches Gehäuse 12 auf, welches an dem einen Ende durch einen Einlaßstöpsel 15 abgedichtet ist, welcher mit einem schraubbar hindurchgeführten Einlaßrohr 14 versehen ist. Das andere- Ende des Gehäuses 12 ist durch einen Auslaßstöpsel 17 abgedichtet, durch welchen das Auslaßrohr 16 schraubbar geführt ist. Innerhalb des Gehäuses 12 ist eine dehnbare, rohrförmig© Membran 18 angeordnet, welche eine Leitung für das passive Strömungsmedium bildet. Die rohrförmige Membran 18 ist an dem einen Ende mit dem Einlaßrohr 14 mittels einer Klemme 21 und an dem anderen Ende mit dem Auslaßrohr 16 mittels -einer Klemme 25 verbunden. Damit ein Pumpmedium in den Raum zwischen der rohrförmigen Membran 18 und der inneren Oberfläche

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des Gehäuses 12 eingepumpt werden kann, ist ein Pumpmediumeinlaßrohr 24 durch die Wand des Gehäuses 12 in der Nähe des Einlaßstöpsels 15 eingeschraubt. Das Austritts- oder Auslaßrohr 26 für das Pumpmedium ist durch das Gehäuse 12 in der

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Nähe des Auslaßstöpsels 17 eingeschraubt, um Mittel für den Austritt des Pumpmediums aus dem Gehäuse 12 vorzusehen.

•Wesentlich ist, daß das Gehäuse 12 der Pumpe bei der besch/riebenen bevorzugten Ausführungsform zylindrisch in ihrer Gestaltung ist. Darüber hinaus ist der innere Durchmesser des zylindrischen Gehäuses 12 nicht konstant, sondern es hat einen ,ersten inneren Durchmesser über eine innere Oberfläche 28, welche sich von dem Einlaßende A des Gehäuses fast bis über die ganze Länge des Gehäuses in Richtung auf das Auslaßende B erstreckt. An dem Auslaßende hat das zylindrische Gehäuse 12 einen zweiten größeren als den ersten Durchmesser, der sieh über eine innere zylindrische Oberfläche 27 erstreckt. Eine Stufe 25 ist an der Stoßstelle zwischen der Oberfläche 27 und 28 gebildet. Die Stufe 25 und die rohrfÖrmige Membran 18 wirken so zusammen, daß sie eine Wirkungsvollere Strömüngsmediumabdichtiing bilden. Diese Abdichtung verhindert, daß das Pumpmedium vorzeitig durch das Austrittsrohr 26 austreten kann, wenn es in den Raum zwischen der Membran 18 und der inneren Oberfläche 28 des Gehäuses 12 injdziert wird. Einer der wichtigsten Vorteile, die sich aus dem Einschluß dieser inneren Ventilausführung ergibt, ist das Vermeiden von äußeren Steuerventilen und Hilfsnnktoren und -pumpen, welche bisher zur Erzeugung von periodischen Druckschwankungen notwendig waren, um eine Membran ähnlich der Membran 18 innerhalb des Gehäuses 12 zu komprimieren.

Wie in Fig. 2 dargestellt, fließt das passive Strömungsmedium, wenn es durch die Pumpe 10 nach der Erfindung in Richtung der

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waagerechten Pfeile von der linken zur rechten Seite gepumpt werden soll, von der Leitung 29 durch das Absperrventil 20 in das Einlaßrohr 14 der Pumpe 10. -Das Absperrventil 20 ist als Kugelventil mit einem Ventilsitz 20a und. einer Rückhaltevorrichtung oder einem Käfig 20b dargestellt, welches einen Rückfluß des passiven Strömungsmediums verhindert, wenn ein Pumpmedium unter Druck in das Gehäuse 12 zum Zusammendrücken der rohrförmigen Membran 18 gedrückt wird. An das Auslaßrohr 16 ist ein gleiches kugelartiges Absperrventil 30 mit einem Ventilsitz 30a und einer Rückhaltevorrichtung oder einem Käfig 30b zum Beschränken der Strömungsrichtung des passiven (0 Strömungsmediums zur Bewegung in der gleichen Richtung» d.h. von dem Auslaßrohr 16 durch das Absperrventil 30 zu der Leitung 31 angeschlossen.

Die Pumpe 10 nach 'der vorliegenden Erfindung ist eine peristaltische Vorrichtung, d.h., das passive Strömungsmedium, wird durch Zusammendrücken der biegsamen, rohrförmigen Membran 18 bewegt, welche das passive Strömungsmedium enthält. Bei der beschriebenen Ausführungsfarm soll angenommen werden, daß das Pumpmedium aus einem Gas, beispielsweise Sauerstoff unter ^

Druck besteht. Kraft zur Betätigung der Pumpe 10 wird von der Ausdehnung des kompimierten Gases abgeleitet, wobei die biegsame, rohrförmige Membran 18 als Leitung für das passive Strömungsmedium und als Sperre zwischen dem Gas und dem passiven Strömungsmedium innerhalb der Membran dient. Ein Zusammendrücken der rohrförmigen Membran 18 aufgrund des durch das Einlaßrohr 24 in die Einlaßfläehe A ausgeübten Gasdruckes zwingt das passive Strömungsmedium zum Ausgang "

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der Pumpe HO durch das Auslaßrohr 16, wobei die Strömungsrichtung durch die Absperrventile 20 und 30. bestimmt werden.

Wie oben erwähnt worden ist, erfüllt die rohförmige Membran 18 "ferner die Funktion eines absatzweisen oder periodischen Ventilierens oder Unterbrechens des Pumpmediums, d.h. des von der Einlaßfläche A zu der Auslaßfläche B fließenden Gases. 'Dies ergibt sich aus der Prüfung der Arbeitsfolge innerhalb der Pumpe 10. Es soll anfangs angenommen werden, daß die rohrförmige Membran 18 mit einem passiven Strömungsmedium, welches flüssig ist wie beispielsweise Wasser, gefüllt und so auf ihr in Pig. 2 dargestelltes maximales Ausmaß aufgeblasen ist. Das maximale Ausmaß der Membran 18 wird durch die innere Wand 28, 27 des Gehäuses 12 bestimmt. Eine wirksame Gasabdichtung wird durch die Membran 18, insbesondere entlang der Kante der Stufe 25 in dem Gehäuse 12 gebildet, und der Gasfluß in die Pumpe 10 wird in der Einlaßfläche A eingefangen, wodurch ein Anwachsen des Gasdruckes in dem Volumen zwischen der Membran 18 und dem Gehäuse 12 hervorgerufen wird. Der Pumpgasdruck steigt an, bis sein Wert über den des Flüssigkeitsdruckes hinausgeht, in welchem Augenblick dann die rohrförmige Membran 18 zusammengedrückt zu werden beginnt, und die Einlaßflache A dehnt sich in Richtung auf die Auslaßfläche B aus, da noch eine wirksame Abdichtung zwischen der Membran und der Fläche 27 in der Nähe der

Auflache B vorhanden ist. Dieser Zustand ist in Fig* 3 dargestellt.

Die Membran 18 wird weiterhin in einer weichen Bewegung von der Einlaßfläche A der Pumpe 10 zu der Auslaßfläche B zusammengedrückt, wobei durch eine Zusammendrückwirkung die darin enthaltene Flüssigkeit aus dem Gehäuse 12 durch das Auslaßrohr 16 gepumpt wird. Die Abdichtung wird schließlich unterbrochen, wie

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es in Fig. 4 dargestellt ist, und das Pumpmedium, d.h. das zwischen der Membran 18 und der Oberfläche 28 enthaltene Gas kann durch das Austrittsrohr 26 entweichen. Der plötzliche Druckabfall in dem Pumpmediumdruck innerhalb der Pumpe 10, da das Gas durch das Rohr 26 entweicht, öffnet das Absperrventil 20 und ermöglicht es, daß mehr, passives Strömungsmedium, d.h. Flüssigkeit in die Membran 18 durch das Einlaßrohr 14 eintritt. Wenn Flüssigkeit eintritt, wird die Membran 18 wieder ausgedehnt, bis genügend Strömungsmedium innerhalb der Membran 18 enthalten ist, um die Membran in Berührung mit den inneren Oberflächen 27 und 28 des Gehäuses 12 zu bringen. Wenn die Membran 18 so aufgeblasen oder ausgedehnt ist, daß sie gegen die inneren Wände 28, 27 des Zylinders 12 gedrückt werden, ist der Pumpzyklus für eine Wiederholung bereit.

Aus der Pumpe 10 läßt sich ein besonderer Vorteil ableiten. Es muß dabei erwähnt werden, daß die durch das Pumpmedium beim Pumpen eines passiven Strömungsmediums durch die Membran geleistete Arbeit einen Temperaturabfall in dem Pumpmedium von dem Einlaßrohr 24 zu dem Auslaßrohr 26 zur Folge hat. Somit wird das ausgestoßene Pumpmedium dem Raumanzug 50 bei einer etwas niedrigeren Temperatur geliefert, als es sonst derail sein würde. Dies ist vorteilhaft, da das kühlere Atemgas mit dem Kühlmittel, d.h. dem passiven Strömungsmedium zusammenwirkt, welches, durch die Kühlmittelhülle 90 gepumpt wird, um den Anzugbenutzer bei einer niedrigeren Temperatur zu halten.

Die Pumpe 10 kann aus verschiedenen Materialien je nach der Verwendungsart hergestellt werden. Wenn nichtkorrodierende Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser und dergl. durch die

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Membran 18 gepumpt werden sollen, kann die Membran 18 aus Gummi oder plastischem Material,'d.h. Kunststoff hergestellt werden. Das Gehäuse 12 kann in solch einem Fall aus einem synthetischem Material hergestellt werden, wie es "beispielsweise unter dem eingetragenen Warenzeichen "Lucite" bekannt ist. Der Einlaßstöpsel 15 und der Auslaßstöpsel 17 kann aus Gummi, Kunststoff oder einem Metall wie beispielsweise Kupfer hergestellt werden.

Es hat sich herausgestellt, daß der Unterschied in den inneren ■ Durchmessern des Gehäuses 12 zur Bildung der Stufe 25 lediglich 0,6. cm oder weniger zu sein braucht. Einige andere Abmessungen der Ausführungsform der beschriebenen Strömungsmediumpumpe sind folgendes Gesamtlänge ungefähr 10 cm* die innere Oberfläche ungefähr 2₅5 cm in der Länge, ein Außendurchmesser von 1,8 cm und ein Gewicht von O₉07 kg. In der Praxis hat sich herausgestellt j daß die Pumpe nach der Erfindung eine Pumpgeschwindigkeit Ton 30 ecm Strömungsmedium pro Sekunde über einen Temperaturbereich leisten kann₂ der in erster Linie durch die Temperatursigoasehaftan der passiven und PuBprasdien bsgrenzt ist« Somit Ok hat sich herausgestellt₉ dEß durch die Erfindung eine Strömungsö©diiaapuispe geschaffen wird₉ wslcha ohn© Yerivendung irgend- -.ΓίθΙοΙίΘΓ Hilfeventile _s -pumpen und =-i3otor©a über Temperaturbereiche arbeiten kami₉ welch© gans erheblich, über die hinaus*= 5_«iion_p welch© durch die früheren StröiBungsaediumpumpen erreicht "7i*i?d en ο

- in Pig« 1 nur eine StröEJirngsmediusipuiape verwendet wordssi ist._s;-kann eine Mshrsahl solcher Pumpen lisch ösr Erfindung

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parallel oder in Reihe geschaltet zu werden, um ein Pmnpensystem von noch größerer Wirksamkeit "vorzusehen. Beispielsweise ist in Pig. 5 ein Pumpensystem dargestellt, welches ungefähr die doppelte Pumpenwirkung gegenüber der nach Pig. 1 dadurch aufweist, daß zwei Strömungsmediumpumpen 10 und 10' parallel geschaltet sind. Die Leitung 2g von dem Druckbehälter 40 ist an das Einlaßrohr 14 der Pumpe 10 durch eine T-förmige Rohrkupplung 105 und das Absperrventil 20 angeschlossen. In gleicher Weise ist die Leitung 29 an das Einlaßrohr 14' der Pumpe 10' durch die Kupplung 105 und das Absperrventil 20' angeschlossen. Das passive Strömungsmedium wird aus der Pumpe 10 durch das Auslaßrohr 16, das Absperrventil 30 und ein T-Kupplungsstück 107 in die Leitung 31 ausgestoßen, welche mit dem Raumanzug 50 verbunden ist. In gleicher Weise wird das passive Strömungsmedium aus der Pumpe 10· durch das Auslaßrohr 16', das Absperrventil 30· und die T-Kupplung 107 in die Strömungsmediumleitung 31 ausgestoßen.

Mit Bezug auf die Mittel zum Zuführen von Pumpmedium zu den parallel geschalteten Pumpen 10 und 10' ist zu bemerken, daß das Pumpmedium abwechselnd entweder der Pumpe 10 oder der Pumpe 10' dadurch zugeführt wird, daß das Pumpmedium von derPlasche 60 durch einen Ablenker 120 geschickt wird, welcher zwischen die Plasche 60 und die Einlaßrohre 24 und 24' der Pumpen 10 und 10' eingeschaltet ist. Der Ablenker weist eine kleine ^ammer 121 auf, in welche die Einlaßrohre 24 und 24' vorspringen. Zwischen den Enden der Einlaßrohre 24 und 24' ist ein Klappenventil 124 angeordnet, welches mit der einen Seitenwand des Gehäuses 21 verbunden ist. Die Gasflasche 60 ist mit dem Ablenker 120 durch ein Regelventil 64 durch eine an der einen Seite

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der Kamme:$L21 befestigte Kupplung 122 verbunden.

Der Gas- oder Pumpmediumfluß zum Antrieb der Pumpen 10 und 10' wird durch den Ablenker 120 zugeführt, bevor er die Pumpen erreichen kann. Im wesentlichen bleibt der Gasfluß durch den Ablenker 120 konstant, und die funktion des Ablenkers 120 besteht darin, abwechselnd den Gasfluß zu der einen Pumpe jeweils zu richten. Die'Membran der Pumpe, auf welche der Pumpmediumfluß gerichtet ist, unterliegt einer Kompression, während die Membran der anderen Pumpe mit passivem Strömungsmedium angefüllt wird.

Der in Mg. 5 dargestellte Ablenker 120 ist eine einfach ausgeführte Vorrichtung, welche sich selbst betätigt. Die biegsame Klagpe 124 liegt zwischen den beiden Ausgangsöffnungen, d.h. den Enden der Rohre 24 und 24' des Ablenkers und stellt sich selbst ein, um die eine oder andere der beiden Ausgangsöffnungen je nach dem abzudichten, ob der DrueTc Pl in dem Einlaßrohr 24 größer oder kleiner als der Druck P2 in dem Einlaßrohr 24* ist. Es soll angenommen werden, daß Gas von der Flasche 60 zu der Pumpe 10 fließt. In diesem Fall ist der Gaslruck Pl in dem Einlaß rohr 24 größer als der Druck P2 in . dem an die Pumpe 10* angeschlossenen Einläßrohr 24*. Somit reflektiert der Gasdruck P3 innerhalb des A lenkers 120 diese Differenz zwischen den Drücken Pl und P2 und drückt die Klappe 124 gegen die Öffnung des Einlaßrohres 24¹ und verhindert dadurch einen Gasfluß zu der Pumpe 10', Während das Pumpmedium nicht der Pumpe 10' zugeführt wird, füllt sich die rohrförmige Membran 18', 'welche in Fig. 5 nicht dargestellt ist, mit dem passiven Strömungsmedium auf. Wenn die Strömungsmediumdiehtung, welche verhindert hat, daß das Pumpmedium oder Gas vorzeitig

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durch, das Austrittsrohr 26 der Pumpe 10 entweichen kann, unterbrochen wird, fällt der Druck Pl in dem Einlaßrohr 24 schnell ab und verringert dadurch den Druck P3 in dem Ablenker 120 auf einen Wert, der kleiner als der Druck P2 in dem Einlaßrohr 24' ist. Die Klappe 124 wird deshalb von der Öffnung des Einlaßrohres 24* freigegeben. Entsprechend dem Anwachsen des Gasflusses zu dem Einlaßrohr 24 der Pumpe lO, wenn die Gasdichtung unterbrochen ist, bewegt sich, die Klappe 124 gegen die Öffnung des Einlaßrohres 24 und veranlaßt dadurch, ein Ablenken des Pumpmediumstromes zu der Pumpe 10'.

Aus dem Beschriebenen folgt_s daß, wenn die Pumpe 10 das passive Strömungsmedium von dem Behälter 40 zu dem SaumS,nzug 50 pumpt, sich die Pumpe 10^s mit Flüssigkeit füllt, UHd₉ wenn die Pumpe 10' das passive Strömungsmedium von dem Behälter 40 ,su dem Raumanzug 50 bewegt_s sich die Pumpe 10 mit _passiir©a Strömlings« medium füllt» Die Wirksamkeit wird verdoppelt_s da durch das Pumpsystem !fahrend eines jeden der Anftillinijervalle- ö@s lSGicioii parallel geschaltetea. Pumpen nützliche Arbeit gel^

Mg ο 5© zeigt ein® abgeänderte "Ausführongsforn ®ia©s rStröiataigsmediuniablenkers 120 ^B ₉ "bei, welche® axfiscaesi ö«sa Bialaßrolii^ssi 24 "and 24^s =^st45 eine Kugel 124⁵ sum Eichten-äse &&e£luss®s mi ü<st- @in@n oder anderen eier zwei Puapea 10 und 10^β Tsr-i-j©nö©t ΐ/ί^ά = Ba die Bewegung der Kugel 124' der der Klappe 124 nach Pri/gc. 5 ähnlich ist₉ ist eins weitere Bescareibun-g das iTolenkers 120²

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In Fig. 6 ist ein Pumpsystem als Beispiel einer anderen Ausführungsform dargestellt, mit welcher ebenfalls ungefähr die doppelte Pumpenwirkung gegenüber der nach Fig. 1 erreicht wird. Im Gegensatz zu dem Pumpensystem nach Fig. 5 sind jedoch die Strömungsmediumpumpen 10 und 10' "bei Fig. 6 in Reihe geschaltet. Während eine Parallelschaltung von den beiden Pumpen 10 und 10' nach Fig. 5 die Verwendung von vier Absperrventilen 20, 20', 30, 30· erfordert, brauchen bei einer Serienschaltung nach Fig. 6 nur drei Absperrventile 20, 30 und 30' verwendet zu werden. Ähnlich dem Ablenker 120' nach Fig. 5 regelt der Ahlenker 120 nach Fig. 6 den Fluß des Pumpmediums von der Flasche 60, so daß er zu der einen oder der anderen der Pumpen 10 oder 10¹ gerichtet wird. Die Arbeitsweise des Ablenkers 120 bei der. Rei/hensehaltung der Strömungsmediumpumpen ist identisch der nach Fig. 5 Mt der Parallelschaltung der Pumpen. Es soll deshalb auf eine doppelte Erklärung des Pumpensystems nach Fig. 6

"verzichtet'werden. Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß eich bei jedem der beiden Anordnungen von Doppelpümpensystemen nach den Figuren 5 und 6 ein zugehöriger Vorteil für den Benutzer aufgrund der Satsache ergibt, daß bei dem System eine Pumpe ausfallen kann, ohne daß dadurch das gesamte Pumpensystem ausfällt. "Bs wird also dadurch nicht nur die Wirksamkeit der Pumpensysteme erhöht, sondern gleichzeitig ergibt sich eine

' "bessere Zuverlässigkeit. '

In Abänderung zu der beschriebenen Ausfuhrungsform ist es natürlich möglich, die beiden Strömungsinedien innerhalb der Pumpe zu vertauschen, d.h., das Pumpmedium durch die Mitte der biegsamen, rohrförmigen Membran 18 und das passive

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Strömungsmedium zwischen der biegsamen Membran 18 und der Innenfläche des Gehäuses 12 verlaufen zu lassen. Zusätzlich kann das Gehäuse 12 konisch ausgeführt werden, wobei sich die Einlaßöffnung für das passive Strömungsmedium an dem größeren Ende des Konus befindet, während die Auslaßöffnung an der Spitze oder dem schmaleren Ende des Konus angeordnet werden würde. Bas Gehäuse 12 kann von jeder Gestalt sein, vorausgesetzt, es ermöglicht der biegsamen Membran 18 das Entweichen des Pumpmediums durch das Austrittsrohr 26 zu versperren, wenn die Membran 18 ausgedehnt ist.

Perner kann die Ausführung so getroffen werden, daß die Pumpe 10 oder das Pumpenpaar 10 und 10' zusammen mit einemKühlmittelbehälter und einer Sauerstoffzuführung in einem kompakten Paket angeordnet sein können, welches auf dem Kücken des Raumanzuges angeordnet ist. In gleicher WSise- können diese Bestandteile als Einheit in einem Raumfahrzeug als Teil eines Lebensrettungssystemes eingeschlossen werden.

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Claims

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Patentansprüche:

Strömungsmediumpumpe, insbesondere für eine medizinische Anwendung und Weltraumanzüge, in welcher ein passives Strömungsmedium, welches das zu pumpende Strömungsmedium bildet, mittels periodisch auftretender Druckwechsel in dem Fluß eines Pumpmediums in Richtung der Pumpbewegung angetrieben wird, wobei

in sich jedes der beiden Strömungsmedien/der gleichen Richtung

in einer besonderen Leitung bewegt, und die beiden Leitungen ^ durch eine biegsame Membran voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch auftretenden Druckwechsel durch die biegsame Membran (18) erzeugt werden, die in Abständen eine Abdichtung bildet, welche den Fluß des Pumpmediums unterbricht.
2. Strömungsmediumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Membran (18) den Fluß des Pumpmediums durch abwechselndes In- und Außerberührungfcommen mit einer zugekehrten inneren Wand (27_f 28) der Pumpenmed!umleitung in Abständen unterbricht. .

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3. Strömungsmediumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenmediumfluß am Anfang des Zyklus, wenn eine Abdichtung vorhanden ist, eine Drucküberschußzone in einem Einlaßbereich (A) für das Pumpenmedium bildet und sich das Volumen der Zone unter Ausübung einer Preßwirkung durch die Membran (18) auf das passive Strömungsmedium an der anderen Seite der Membran ausdehnt, bis die Abdichtung gegen das Zyklusende unterbrochen wird, wenn sich die ausdehnende Druckzone in den Auslaßbereich (B) öffnet, woraufhin dea?passive Strömungsdruck eine wiederholte Bildung einer Abdichtung hervorruft.

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4. Strömungsmediumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen der äußeren Wand der "biegsamen Membran (18) von rohrförmiger Gestalt, welche die Leitung für das passive Strömungsmedium begrenzt, und der inneren Wand (2?» 28) eines die Membran (18) upgebenäen Zylinders (12) gebildet wird, wohei der Raum zwischen. Membran (18) und Zylinder (12) die Führung für das Pumpmedium bildet.
5. Strömungsmediumpumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch^ine Stufe (25) in der inneren Wand des Zylinders (12) an einer
Stelle nahe dem Auslaßbereich (B), wobei die Stuf© zwischen
dem Zylinderwandteil (28), welcher den Sinlaßbereica (A) einschließlich der Ausdehnungszone entlang dem ZjllnÜQT (12) begrenzt, und dem ZyIinderwandteil (27) gebildet wirö_s solcher
den Ausla@1b©reich (B) von eineai Durchmesser Tb©-gr©3ist₀ treleher über de^ d®s BinlaSbereiciies - (A). hinausgeht_o

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