DE19611637A1

DE19611637A1 - Verfahren zum Betreiben einer Peristaltikpumpe und Peristaltikpumpe zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19611637A1
Application number: DE1996111637
Authority: DE
Inventors: Markus Heil
Original assignee: Moeller Feinmechanik & Co GmbH
Current assignee: Mueller Medical & Co Kg 36043 Fulda De GmbH
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-10-02
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: DE19611637B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Peristaltikpumpe, bei der mehrere Quetschkörper nachein ander auf einen Schlauch gedrückt werden, sich entlang des Schlauches bewegen und anschließend von dem Schlauch entfernt werden, wobei der Schlauch durch die Quetschkör per zusammengedrückt und dabei abgedichtet wird. Weiter hin betrifft die Erfindung eine Peristaltikpumpe zur Durchführung des Verfahrens.

Peristaltikpumpen werden insbesondere in der Medizintech nik vielfach eingesetzt und sind damit bekannt. Dabei drückt zu jedem Zeitpunkt zumindest einer der Quetschkör per den Schlauch zusammen und dichtet ihn an dieser Stelle ab. Bei einem Bewegen des Quetschkörpers über den Schlauch wird die Dichtstelle mitbewegt und eine in dem Schlauch vorhandene Flüssigkeit verdrängt. Bevor sich ei ner der Quetschkörper wieder von dem Schlauch entfernt, drückt ein nachfolgender Quetschkörper den Schlauch zu sammen und dichtet ihn ab. Als Quetschkörper werden häu fig Rollen verwendet, die über den Schlauch gerollt wer den. Ein Vorteil dieser Peristaltikpumpe besteht darin, daß abgesehen von dem Schlauch kein Bauteil der Peristal tikpumpe mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt, so daß zur Reinigung der Peristaltikpumpe einfach der Schlauch ge wechselt wird.

Nachteilig bei der Peristaltikpumpe ist, daß der geför derte Volumenstrom starke Schwankungen aufweist. Bei spielsweise führt das Entfernen des Quetschkörpers von dem Schlauch zu einer Zunahme des Schlauchvolumens und damit zu einer kurzzeitigen Verringerung des Volumen stroms.

Man könnte daran denken, den Volumenstrom zu messen und die Leistung der Peristaltikpumpe dem Volumenstrom nach zuregeln. Da Peristaltikpumpen über einen weiten Förder bereich verfügen, führt diese Nachregelung jedoch zu ei nem hohen regelungstechnischen Aufwand. Weiterhin benö tigt die Peristaltikpumpe hierfür eine Meßeinrichtung zur Erfassung des Volumenstroms, die mit der zu fördernden Flüssigkeit in Kontakt steht. Dies ist insbesondere in der Medizintechnik nicht akzeptabel, da hier nach Ge brauch alle mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden Teile ausgewechselt werden müssen.

Alternativ dazu könnte man an der Ausgangsseite der Pumpe einen Druckausgleichsbehälter vorsehen. Dieser würde je doch ein hohes Volumen benötigen und ebenfalls mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Peristaltikpumpe der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß mit ihr ein möglichst gleichmä ßiger Volumenstrom gefördert werden kann, ohne daß neben dem Schlauch weitere Bauteile mit der zu fördernden Flüs sigkeit in Kontakt kommen. Weiterhin soll eine Peristal tikpumpe zur Durchführung des Verfahrens entwickelt wer den.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge löst, daß die Geschwindigkeit des einen sich entlang des Schlauches bewegenden Quetschkörpers während der Zeit spanne des Entfernens des anderen Quetschkörpers von dem Schlauch erhöht wird.

Durch diese kurzzeitige Erhöhung der Geschwindigkeit des sich entlang des Schlauches bewegenden Quetschkörpers wird die von dem sich von dem Schlauch entfernenden Quetschkörper vorübergehende Verringerung des Volumen stroms ausgeglichen. Hierdurch fördert die Peristaltik pumpe einen konstanten Volumenstrom, ohne daß zusätzlich zu dem Schlauch weitere Bauteile der Peristaltikpumpe mit der zu fördernden Flüssigkeit in Kontakt kommen.

Das Verfahren läßt sich gemäß einer vorteilhaften Weiter bildung stark vereinfachen, wenn die Geschwindigkeit al ler Quetschkörper erhöht wird, während sich einer der Quetschkörper von dem Schlauch entfernt. Hierdurch müssen die Quetschkörper nicht einzeln angesteuert werden, son dern sie können untereinander gekoppelt sein.

Bei einer Peristaltikpumpe, welche von einem Elektromotor angetrieben wird, lassen sich die Positionen der Quetschkörper einfach ermitteln, wenn zumindest nach ei nem Start des Elektromotors dessen Winkelgeschwindigkeit ermittelt und ein kurzzeitiger Abfall der Winkelgeschwin digkeit der Position der Quetschkörper zugeordnet wird. Ein kurzzeitiger Abfall der Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors ist ein Zeichen dafür, daß einer der Quetschkörper auf den Schlauch gedrückt wird. Hierdurch ermittelt die Peristaltikpumpe innerhalb der ersten Um drehung nach ihrem Start die aktuelle Position eines der Quetschkörper. Aus der aktuellen Position der Quetschkör per und der Geometrie der Peristaltikpumpe lassen sich anschließend die Positionen ermitteln, bei denen die Win kelgeschwindigkeit des Elektromotors und damit die Ge schwindigkeit der Quetschkörper erhöht werden muß.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Entwicklung einer Peristaltikpumpe zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, bei dem mehrere Quetschkörper zum aufeinander folgenden Andrücken auf einen Schlauch, zum Bewegen ent lang des Schlauches und zum Entfernen von dem Schlauch vorgesehen sind, wobei der Schlauch durch die Quetschkör per zusammendrückbar und dabei abdichtbar ist, wird er findungsgemäß dadurch gelöst, daß die Peristaltikpumpe Mittel zur Erhöhung der Geschwindigkeit eines sich auf dem Schlauch bewegenden Quetschkörpers während einer Zeitspanne des Entfernens eines anderen Quetschkörpers von dem Schlauch hat.

In der Praxis verwendet man häufig eine Peristaltikpumpe, bei der die Quetschkörper auf einem Rotor eines Elektro motors befestigt sind und der Schlauch an einem im we sentlichen kreisbogenförmigen, den Rotor teilweise um greifenden Pumpengehäuse anliegt. Mit dieser Peristaltik pumpe läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren einfach durchführen, wenn sie eine mit dem Elektromotor verbun dene, die Winkelgeschwindigkeit des Rotors steuernde An steuereinheit hat, welche bei einem Entfernen einer der Quetschkörper zur kurzzeitigen Erhöhung der Winkelge schwindigkeit ausgebildet ist.

Der von der Peristaltikpumpe geförderte Volumenstrom un terliegt auch deshalb Schwankungen, weil zeitweise ein Quetschkörper und zeitweise zwei Quetschkörper an dem Schlauch anliegen. Die Drehzahl des Elektromotors schwankt damit mit dem Widerstand der Peristaltikpumpe. Die Drehzahl des Elektromotors könnte beispielsweise kon stant gehalten werden, indem man an seiner Motorwelle eine Schwungscheibe befestigt. Die Anordnung einer Schwungscheibe läßt sich jedoch vermeiden, wenn die An steuereinheit gemäß einer anderen vorteilhaften Weiter bildung der Erfindung zur Erzeugung einer konstanten Win kelgeschwindigkeit des Rotors ausgebildet ist. Hierdurch erhöht die ohnehin vorhandene Ansteuereinheit die Winkel geschwindigkeit bei einem Entfernen eines der Quetschkör per von dem Schlauch und sorgt ansonsten für eine kon stante Winkelgeschwindigkeit des Rotors. Durch diese Ge staltung kann ein relativ kleiner und damit kostengünsti ger Elektromotor eingesetzt werden. Weiterhin zeichnet sich die erfindungsgemäße Peristaltikpumpe durch einen weiten Förderbereich aus.

Die Steuerung des Elektromotors gestaltet sich regelungs technisch besonders einfach, wenn die Ansteuereinheit ge mäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zur Veränderung einer Pulsbreite oder einer Frequenz von elektrischen, den Elektromotor antreibenden Impulsen aus gebildet ist. Alternativ dazu kann die Ansteuereinheit den Elektromotor auch über eine Versorgungsspannung oder einen Motorstrom steuern.

Der Stellwinkel des Rotors läßt sich gemäß einer vorteil haften Weiterbildung der Erfindung einfach ermitteln, wenn die Peristaltikpumpe Mittel zur Erfassung der Win kelgeschwindigkeit des Rotors hat und wenn die Ansteuer einheit zur Zuordnung einer Winkelgeschwindigkeitsände rung zu einem Stellwinkel des Rotors ausgebildet ist. Hierdurch kann die Peristaltikpumpe zunächst ohne Steue rung durch die Ansteuereinheit gestartet werden. Nach spätestens einer halben Umdrehung des Rotors wird einer der Quetschkörper auf den Schlauch gedrückt, wodurch die Winkelgeschwindigkeit des Rotors geringfügig abfällt. Dieser Abfall der Winkelgeschwindigkeit wird anschließend dem Stellwinkel des Rotors zugeordnet. Der Aufwand zur Herstellung der Peristaltikpumpe wird hierdurch nicht er höht, da die Mittel zur Erfassung der Winkelgeschwindig keit meist ohnehin vorhanden sind.

Die Ansteuereinheit erhöht die Winkelgeschwindigkeit des Rotors immer zu dem Zeitpunkt, bei dem sich ein Quetschkörper von dem Schlauch entfernt, wenn die Peri staltikpumpe gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbil dung der Erfindung einen Sensor zur Erfassung der Posi tion der Quetschkörper hat. Für eine solche Erfassung der Position der Quetschkörper eignet sich insbesondere ein an dem Rotor befestigter Magnet, der sich an einer an dem Pumpengehäuse angeordneten Spule vorbeibewegt. Hierdurch ist der Sensor auch zur Erfassung der Drehzahl des Rotors geeignet. Der Sensor wird beispielsweise kurz vor dem Be reich der Peristaltikpumpe angeordnet, in dem der Quetschkörper sich von dem Schlauch entfernt. Dadurch kann er jeweils der Ansteuereinheit melden, daß die Quetschkörper diesen Bereich passieren.

Die Erkennung des Stellwinkels des Rotors gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er findung regelungstechnisch besonders einfach, wenn die Ansteuereinheit zur Erfassung einer Stromaufnahme des Elektromotors und zur Zuordnung eines Wertes der Strom aufnahme zu einem Stellwinkel des Rotors ausgebildet ist. Dies ist deshalb besonders einfach, weil sich die Strom aufnahme des Elektromotors charakteristisch mit dem Stellwinkel des Rotors verändert. Die Pumpe kann bei spielsweise ohne Beeinflussung der Winkelgeschwindigkeit durch die Ansteuereinheit gestartet werden. Bei zwei Quetschkörpern kann über die Stromaufnahme des Elektromo tors nach spätestens einer halben Umdrehung des Rotors die Position beider Quetschkörper ermittelt werden.

Bei einer die Versorgungsspannung des Elektromotors steu ernden Ansteuereinheit gestaltet sich die Erkennung des Stellwinkels gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbil dung der Erfindung besonders einfach, wenn die Ansteuer einheit zur Erfassung eines Spannungsabfalls am Elektro motor und zur Zuordnung eines Wertes des Spannungsabfalls zu einem Stellwinkel des Rotors ausgebildet ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be schrieben. Diese zeigt in einer einzigen Figur eine sche matische Darstellung einer Peristaltikpumpe 1 mit einem Quellbehälter 2 und einem Zielbehälter 3. Die Peristal tikpumpe 1 hat einen von einem Elektromotor 4 drehbaren Rotor 5. Der Elektromotor 4 ist mit einer Ansteuereinheit 6 verbunden. Auf dem Rotor 5 sind zwei diametral gegen überliegende und drehbare Rollen 7, 8 angeordnet. Die Pe ristaltikpumpe 1 hat ein im wesentlichen kreisbogenförmi ges, den Rotor 5 zu über 180° umgreifendes Pumpengehäuse 9, an dessen innerer Wandung 10 ein Schlauch 11 anliegt.

Bei der Peristaltikpumpe 1 wird zu jedem Zeitpunkt zumin dest eine der Rollen 7 auf den Schlauch 11 gedrückt, wo durch der Schlauch 11 an dieser Stelle zusammengequetscht und abgedichtet wird. Nach einer Drehung des Rotors 5 wandert die Rolle 7 an dem Schlauch 11 entlang und drückt in dem Schlauch 11 befindliche Flüssigkeit 12 in den Zielbehälter 3. Hinter der Rolle 7 weitet sich der Schlauch 11 durch seine Elastizität und saugt Flüssigkeit 12 aus dem Quellbehälter 2 an. Die Rolle 7 entfernt sich am Ende des kreisbogenförmigen Bereichs des Pumpengehäu ses 9 von dem Schlauch 11 und wird anschließend zu dem Anfang des Pumpengehäuses 9 geführt. Zur Verdeutlichung sind in der Zeichnung die Drehrichtung des Rotors 5 und die Fließrichtung der Flüssigkeit 12 mit Pfeilen gekenn zeichnet. Der Elektromotor 4 wird von der Aussteuerein heit 6 derart gesteuert, daß sich der Rotor 5 bei einem Verlassen einer der Rollen 7, 8 kurzzeitig mit einer ho hen Winkelgeschwindigkeit und ansonsten mit einer kon stanten niedrigen Winkelgeschwindigkeit dreht.

Bezugszeichenliste

1 Peristaltikpumpe
2 Quellbehälter
3 Zielbehälter
4 Elektromotor
5 Rotor
6 Ansteuereinheit
7 Rolle
8 Rolle
9 Pumpengehäuse
10 Wandung
11 Schlauch
12 Flüssigkeit

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Peristaltikpumpe, bei der mehrere Quetschkörper nacheinander auf einen Schlauch gedrückt werden, sich entlang des Schlauches bewegen und anschließend von dem Schlauch entfernt werden, wobei der Schlauch durch die Quetschkörper zusammengedrückt und da bei abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge schwindigkeit des einen sich entlang des Schlauches bewe genden Quetschkörpers während der Zeitspanne des Entfer nens des anderen Quetschkörpers von dem Schlauch erhöht wird.

2. Verfahren zum Betreiben einer Peristaltikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindig keit aller Quetschkörper erhöht wird, während sich einer der Quetschkörper von dem Schlauch entfernt.

3. Verfahren zum Betreiben einer Peristaltikpumpe, welche von einem Elektromotor angetrieben wird, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest nach einem Start des Elektromotors dessen Winkelgeschwindigkeit er mittelt und ein kurzzeitiger Abfall der Winkelgeschwin digkeit der Position der Quetschkörper zugeordnet wird.

4. Peristaltikpumpe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem mehrere Quetschkörper zum aufeinan derfolgenden Andrücken auf einen Schlauch, zum Bewegen entlang des Schlauches und zum Entfernen von dem Schlauch vorgesehen sind, wobei der Schlauch durch die Quetschkör per zusammendrückbar und dabei abdichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (Ansteuereinheit 6) zur Erhöhung der Geschwindigkeit eines sich auf dem Schlauch (11) bewegenden Quetschkörpers (Rolle 7, 8) während einer Zeitspanne des Entfernens eines anderen Quetschkörpers (Rolle 7, 8) von dem Schlauch (11) hat.

5. Peristaltikpumpe nach Anspruch 4, bei der die Quetschkörper auf einem Rotor eines Elektromotors befe stigt sind und der Schlauch an einem im wesentlichen kreisbogenförmigen, den Rotor teilweise umgreifenden Pum pengehäuse anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mit dem Elektromotor (4) verbundene, die Winkelgeschwin digkeit des Rotors (5) steuernde Ansteuereinheit (6) hat, welche bei einem Entfernen einer der Quetschkörper (Rolle 7, 8) zur kurzzeitigen Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit ausgebildet ist.

6. Peristaltikpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Ansteuereinheit (6) zur Erzeugung einer kon stanten Winkelgeschwindigkeit des Rotors (5) ausgebildet ist.

7. Peristaltikpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ansteuereinheit (6) zur Veränderung einer Pulsbreite oder einer Frequenz von elektrischen, den Elektromotor (4) antreibenden Impulsen ausgebildet ist.

8. Peristaltikpumpe nach zumindest einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit des Rotors (5) hat und daß die Ansteuereinheit (6) zur Zuordnung einer Win kelgeschwindigkeitsänderung zu einem Stellwinkel des Ro tors (5) ausgebildet ist.

9. Peristaltikpumpe nach zumindest einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Sen sor zur Erfassung der Position der Quetschkörper (Rolle 7, 8) hat.

10. Peristaltikpumpe nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteu ereinheit (6) zur Erfassung einer Stromaufnahme des Elek tromotors (4) und zur Zuordnung eines Wertes der Strom aufnahme zu einem Stellwinkel des Rotors (5) ausgebildet ist.

11. Peristaltikpumpe nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteu ereinheit (6) zur Erfassung eines Spannungsabfalls am Elektromotor (4) und zur Zuordnung eines Wertes des Span nungsabfalls zu einem Stellwinkel des Rotors (5) ausge bildet ist.