DE19915784A1 - Zahnradpumpe, insbesondere für medizinische Zwecke - Google Patents

Abstract

Eine Zahnradpumpe, insbesondere für medizinische Zwecke, weist einen Gehäusekörper (1) auf, der eine Grundplatte (2) und eine Deckplatte (3) umfaßt, zwischen denen ein Gehäusemittelteil (4) angeordnet ist. Der Gehäusekörper umschließt zwei im Eingriff befindliche Zahnräder (9, 10), die an ihren Stirnseiten dichtend an der Grund- und Deckplatte (2, 3) anliegen. Die Zahnräder (9, 10) teilen die Pumpenkammer in einen Saug- und Druckraum (18, 19). Saug- und Druckraum (18, 19) stehen über einen Strömungskanal in Verbindung, dessen Querschnitt zur Justierung der Pumpe eingestellt werden kann. Der Strömungskanal wird von einer Ausnehmung (22) gebildet, die an der Innenseite der Grund- und/oder Deckplatte (2, 3) unterhalb des Eingriffsbereichs der Zahnräder (9, 10) angeordnet ist. Da die oberhalb der Ausnehmung rotierenden Zahnräder Schmutz- und/oder Kalkablagerungen mitreißen, besteht nicht die Gefahr, daß sich der Strömungskanal verstopft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, insbesondere für medizinische Zwec­ ke.

Zur Förderung wässriger Medien werden in Dialysegeräten vorzugsweise Zahn­ radpumpen eingesetzt. Die bekannten Zahnradpumpen weisen als rotierende Ver­ dränger zwei miteinander kämmende Zahnräder auf, von denen das eine angetrie­ ben und das andere getrieben wird. Eine derartige Zahnradpumpe ist beispielswei­ se aus der EP-A- 0 147 567 bekannt.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß die fertigungstechnischen Toleranzen zu einer starken Exemplarstreuung führen, die aus steuerungstechnischen Gründen für den Einsatz in Dialysegeräten nicht akzeptabel ist. In Dialysegeräten werden daher Zahnradpumpen verwendet, die über einen integrierten Bypass mit einem varia­ blen Strömungsquerschnitt zwischen Saug- und Druckraum der Pumpe verfügen. Der Bypass wird derart dimensioniert, daß sämtliche Pumpen auf die gleiche Güte einstellbar sind.

Es sind Zahnradpumpen bekannt, bei denen der integrierte Bypass als federbela­ stetes Überdruckventil ausgebildet ist. Diese Lösung hat den Nachteil, daß das Ventil in einem Druckbereich unterhalb seines Öffnungsdrucks nicht zur Normie­ rung beitragen kann. Ferner wird der Pumpendruck durch das Überdruckventil begrenzt, so daß keine wesentlich höheren Drücke erreicht werden können.

In der Praxis haben sich Zahnradpumpen mit einem verstellbaren Strömungskanal beispielsweise in Form eines Nadelventils bewährt, das eine Verbindung zwischen Saug- und Druckraum der Pumpe schafft. Bei magnetgekuppelten Zahnradpum­ pen verbindet das Nadelventil üblicherweise den Saugraum mit dem Spalttopf­ raum, der mit dem Ausgangsdruck beaufschlagt ist. Die notwendige Drosselwir­ kung setzt voraus, daß das Bypassventil einen relativ kleinen Strömungsquer­ schnitt hat. Dies ist aber insofern nachteilig, als in Dialysegeräten die Gefahr der Verschmutzung des Bypassventils besteht. Das Bypassventil kann sich ganz oder teilweise Zusetzen, was zu einer unerwünschten Drift der Pumpengüte führt. Auch die Verkalkung des hydraulischen Systems kann ein vollständiges oder teilweises Zusetzen des Bypassventils zur Folge haben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe, insbeson­ dere für medizinische Zwecke zu schaffen, die einen störungsfreien Betrieb er­ laubt und ohne großen fertigungstechnischen Aufwand mit einer nur geringen Exemplarstreuung hergestellt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1.

Der einstellbare Strömungskanal zwischen Saug- und Druckraum bildet bei der Zahnradpumpe eine Ausnehmung an der Innenseite der Grund- und/oder Deck­ platte des Gehäusekörpers, die den miteinander kämmenden Zahnrädern zuge­ wandt ist. Die Ausnehmung befindet sich in dem Bereich der Grund- und/oder Deckplatte, in dem die Zähne der Zahnräder im Eingriff sind. Da sich die Zahnrä­ der über die Ausnehmung an der Innenseite der Grund- und/oder Deckplatte hin­ weg drehen, entsteht ein Selbstreinigungseffekt, der verhindert, daß sich der Strömungskanal durch Schmutz oder Kalkablagerungen zusetzt.

Die Ausnehmung kann entweder in der Grund- oder der Deckplatte vorgesehen sein. Prinzipiell ist es aber auch möglich, daß eine Ausnehmung sowohl in der Grund- als auch in der Deckplatte vorgesehen ist. Im allgemeinen ist jedoch eine Ausnehmung in nur einer der Platten ausreichend. Als Grund- oder Deckplatte werden in diesem Zusammenhang die Teile des Gehäusekörpers verstanden, an denen die Stirnseiten der miteinander kämmenden Zahnräder dicht anliegen. Die Grund- und Deckplatte können mit dem Gehäusemittelteil verschraubt oder auch einstückig sein.

Die den Strömungskanal bildende Ausnehmung kann unterschiedlich ausgebildet sein. Allein entscheidend ist, daß die Ausnehmung unterhalb der sich beim Dre­ hen der Zahnräder verschiebenden Dichtlinie liegt, so daß eine Verbindung zwi­ schen Saug- und Druckraum geschaffen wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Ausnehmung eine Bohrung in der Grund- und/oder Deckplatte des Gehäusekörpers, die von einer Justierschrau­ be verschlossen ist. Die gewünschte Güte der Zahnradpumpe wird dann auf einem Prüfstand oder dgl. durch Justieren der Stellschraube eingestellt.

Die Bohrung kann in bestimmten Zahnradstellungen dichtend von den Zahnrädern abgedeckt werden. Wenn dies der Fall ist, ist eine Strömungsverbindung zwischen Saug- und Druckraum nicht mehr gegeben. Daher umfaßt die Ausnehmung vor­ teilhafterweise neben der Bohrung zwei Nuten, von denen sich die eine von der Bohrung in den Druckraum und die andere in den Saugraum erstreckt. Mit einer derart ausgebildeten Ausnehmung in der Grund- und/oder Deckplatte wird sicher­ gestellt, daß der Saug- mit dem Druckraum in allen Zahnradstellungen über einen Strömungskanal verbunden ist.

Die Nuten erstrecken sich in den Saug- bzw. Druckraum vorzugsweise parallel zueinander. Bezüglich der Längsachse der Bohrung sind die Nuten vorzugsweise seitlich zueinander versetzt angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die Dich­ tungslinie der beiden Zahnräder, die unsymmetrisch zur Verbindungslinie der Rotationsachsen der Zahnräder verläuft, abgedeckt wird. Dabei ist allerdings nicht erforderlich, daß die Nutenden von den Zahnrädern zu keiner Zeit überdeckt wer­ den. Es ist nur notwendig, daß je ein Bereich der Nut auf der einen Seite der Dichtungslinie und ein Bereich auf der anderen Seite der Dichtungslinie in unge­ hinderter Fluidverbindung zum Saug- bzw. Druckraum besteht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung der Zahnradpumpe für medizinische Zwecke in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Zahnradpumpe von Fig. 1,

Fig. 3 den Strömungskanal zwischen Saug- und Druckraum in vergrößerter Darstellung, wobei sich die Justierschraube in der Öffnungsstellung befindet.

Fig. 4 den Strömungskanal von Fig. 3, wobei sich die Justierschraube in der Schließstellung befindet,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Strömungskanals, der mit einem Drehschieber verschließbar ist, wobei sich der Drehschieber in der Öffnungsstellung befindet,

Fig. 6 den Strömungskanal von Fig. 5, wobei sich der Drehschieber in der Schließstellung befindet.

Ein bevorzugter Einsatzzweck der Zahnradpumpe ist die Förderung von wässrigen Medien, insbesondere Dialysierflüssigkeit in Dialysegeräten. Die Zahnradpumpe weist einen Gehäusekörper 1 auf, der eine Grundplatte 2 und eine Deckplatte 3 umfaßt, zwischen denen ein ringförmiges Gehäusemittelteil 4 angeordnet ist. Die Gehäuseteile 2, 3, 4 sind mittels in Fig. 2 nicht dargestellter Schrauben fest mit­ einander verschraubt. Zur Abdichtung der Gehäuseteile sind Dichtringe 5, 6 vor­ gesehen, die in Nuten 7, 8 an den einander gegenüberliegenden Innenseiten der Grund- bzw. Deckplatte 2, 3 liegen.

Das Gehäusemittelteil 4 umschließt eine im wesentlichen ovale Pumpenkammer P zur Aufnahme von zwei Zahnrädern 9, 10. Die Zahnräder 9, 10 sind auf Zapfen 11, 12 drehbar gelagert, die in Bohrungen 13, 14, 15 der Grund- bzw. Deckplatte 2, 3 sitzen. Eines der beiden Zahnräder 10 weist einen Flansch 16 auf, der sich durch eine zentrale Öffnung 17 der Deckplatte 3 nach außen erstreckt. Der Flansch 16 dient zur Aufnahme einer in den Figuren nicht dargestellten An­ triebseinheit, die das zentrale Zahnrad 10 im Uhrzeigersinn dreht.

Die miteinander kämmenden Zahnräder 9, 10 teilen die Pumpenkammer P in ei­ nen in Strömungsrichtung vor den Zahnrädern befindlichen Saugraum 18 und ei­ nen Druckraum 19, der hinter den Zahnrädern liegt. Im Saugraum 18 vor den Zahnrädern 9, 10 und im Druckraum 19 hinter den Zahnrädern ist in dem Gehäu­ semittelteil 4 eine Einlaß- 20 bzw. Auslaßbohrung 21 mit einem Einlaß E und Auslaß A vorgesehen. Während des Betriebs der Pumpe fließt das zu fördernde Medium durch die Einlaßbohrung 20 in den Saugraum 18 und wird über die mit­ einander kämmenden Zahnräder 9, 10 in den Druckraum 19 gequetscht, von dem es über die Auslaßbohrung 21 abfließt.

In der Grundplatte 2 ist unterhalb des Eingriffsbereichs der Zahnräder 9, 10 mittig zwischen deren Drehachsen 23, 24 eine Bohrung 22 mit einem zylindrischen Ab­ schnitt 25 angeordnet, der in einen konischen Abschnitt 26 übergeht, an den sich ein zylindrischer Abschnitt 27 mit einem größeren Durchmesser als der zylindri­ sche Abschnitt 22 anschließt. In der Bohrung 22 sitzt eine Justierschraube 28 mit einem zylindrischen Schraubenschaft 33, der sich in den zylindrischen Abschnitt 25 der Bohrung 22 erstreckt. Gegenüber der Grundplatte 2 ist der Schraubenschaft 33 mit einem O-Ring 31 abgedichtet, der in einer Ringnut 32 des Schrauben­ schafts sitzt.

Von dem Saugraum 19 erstreckt sich an der den Stirnseiten der Zahnräder 9, 10 zugewandten Innenseite der Grundplatte 2 eine erste Nut 29, die in die Bohrung 22 mündet, während von der Bohrung 22 eine zweite Nut 30 ausgeht, die sich bis in den Druckraum 19 erstreckt. Die Nuten 29, 30 verlaufen parallel zueinander, sind aber bezüglich der Längsachse der Bohrung 22 seitlich zueinander versetzt.

Die Bohrung 22 bildet zusammen mit den Nuten 29, 30 einen Strömungskanal, der den Saugraum 18 mit dem Druckraum 19 verbindet. Der Querschnitt des Strö­ mungskanals kann durch Drehen der Justierschraube 28 so eingestellt werden, daß die Zahnradpumpe die gewünschte Güte hat.

Die über der Ausnehmung der Grundplatte 2 rotierenden Zahnräder 9, 10 reißen in der Bohrung 22 und den Nuten 29, 30 sich absetzende Kalk- und/oder Schmutz­ ablagerungen mit, so daß nicht die Gefahr der Verstopfung des Strömungskanals besteht. Daher hat der Strömungskanal der Pumpe einen weniger anfälligen Strö­ mungsquerschnitt, so daß die Förderrate der Pumpe konstant bleibt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen den Strömungskanal zwischen Saug- und Druckraum 18, 19 in vergrößerter Darstellung. In Fig. 3 gibt die Justierschraube 28 den Strömungskanal frei, während die Schraube 28 den Strömungskanal in Fig. 4 verschließt. Eine alternative Ausführungsform des Strömungskanals zeigen die Fig. 5 und 6. Der Querschnitt des Strömungskanals wird bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel nicht durch eine Justierschraube, sondern durch einen Drehschieber 28' eingestellt, der in einer zylindrischen Bohrung 22' der Grundplatte 2 angeord­ net ist. Darüber hinaus wird der Strömungskanal nicht durch zwei seitlich versetzt zueinander angeordnete Nuten gebildet, sondern die Nuten 29' und 30' liegen auf einer gemeinsamen Längsachse unterhalb des Eingriffsbereichs der Zahnräder 9, 10. Der Drehschieber 28' ist ein zylindrischer Körper, der an einer Seite 34 abge­ schrägt ist. In Fig. 5 gibt der Drehschieber 28' den Strömungsquerschnitt frei. Durch Drehen des Schiebers um 90° wird die Verbindung zwischen Saug- und Druckraum 18, 19 geschlossen (Fig. 6).

Claims (5)

1. Zahnradpumpe, insbesondere für medizinische Zwecke, mit
einem Gehäusekörper (1), der eine Grundplatte (2) und eine Deckplatte (3) aufweist, zwischen denen ein Gehäusemittelteil (4) angeordnet ist,
mindestens zwei im Eingriff befindlichen Zahnrädern (9, 10), die in dem Gehäusekörper mit ihren Stirnseiten dichtend an der Grund- und Deck­ platte anliegend angeordnet sind, wobei in Strömungsrichtung vor den Zahnrädern in dem Gehäusekörper ein Saugraum (18) und hinter den Zahnrädern ein Druckraum (19) ausgebildet ist, und
einem den Saugraum mit dem Druckraum verbindenden Strömungskanal, dessen Querschnitt einstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Strömungskanal zwischen Saug- und Druckraum eine Ausnehmung (22, 29, 30) an der den miteinander kämmenden Zahnrädern (9, 10) zuge­ wandten Innenseite der Grund- und/oder Deckplatte (2, 3) vorgesehen ist, die im Eingriffsbereich der Zahnräder angeordnet ist.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ nehmung eine Bohrung (22) in der Grund- und/oder Deckplatte (2, 3) um­ faßt, die von einer Justierschraube (28) verschlossen ist.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ nehmung eine erste sich von der Bohrung (22) in den Druckraum (18) er­ streckende Nut (29) und eine zweite sich von der Bohrung in den Sau­ graum (19) erstreckende Nut (30) umfaßt.

4. Zahnradpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (29, 30) sich ausgehend von der Bohrung (22) parallel zueinander in den Saug- bzw. Druckraum (18, 19) erstrecken, wobei die Nuten bezüglich der Längsachse der Bohrung seitlich zueinander versetzt angeordnet sind.

5. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäusemittelteil (4) mit der Grund- und/oder Deckplatte (2, 3) verschraubt ist.