DE19915784C2 - Zahnradpumpe, insbesondere für medizinische Zwecke - Google Patents

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 0 147 567 A2 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 Spalttopfraum, der mit dem Ausgangsdruck beaufschlagt ist. Die notwendige Drosselwirkung setzt voraus, daß das Bypassventil einen relativ kleinen Strömungsquerschnitt hat. Dies ist aber inso­ fern nachteilig, als in Dialysegeräten die Gefahr der Verschmutzung des Bypassventils besteht. Das Bypassventil kann sich ganz oder teilweise Zusetzen, was zu einer uner­ wünschten Drift der Pumpengüte fuhrt. Auch die Verkalkung des hydraulischen Systems kann ein vollständiges oder teilweises Zusetzen des Bypassventils zur Folge haben.

Die DE-PS 934 678 offenbart eine Zahnradpumpe für veränderliche Leistung mit zwei im Eingriff befindlichen Zahnrädern, die jeweils mit einer Seite an einer Wand des Gehäu­ ses anliegen. In der Wand ist unterhalb des Eingriffsbereiches der Zahnräder eine Aus­ nehmung in Form eines zylindrischen Raumes vorgesehen, der einen den Saugraum mit dem Druckraum verbinden Strömungskanal bildet. In der Wand ist darüber hinaus eine sich zwischen dem Raum und dem Saugraum erstreckende erste Aussparung und eine sich zwischen dem Raum und dem Druckraum erstreckende zweite Aussparung vorgese­ hen. Die erste und zweite Aussparungen sind fluchtend hintereinander angeordnet, und erstrecken sich senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Zahnradachsen. Nachteilig ist, daß die beiden Aussparungen entsprechend groß dimensioniert sein müssen, damit die Nutenden von den Zahnrädern zu keiner Zeit verdeckt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe, insbesondere für medizinische Zwecke zu schaffen, die einen störungsfreien Betrieb erlaubt und ohne gro­ ßen fertigungstechnischen Aufwand mit einer nur geringen Exemplarstreuung hergestellt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1.

Der einstellbare Strömungskanal zwischen Saug- und Druckraum bildet bei der Zahn­ radpumpe eine Bohrung an der Innenseite der Grund- und/oder Deckplatte des Ge­ häusekörpers, die den miteinander kämmenden Zahnrädern zugewandt ist. Die Bohrung befindet sich in dem Bereich der Grund- und/oder Deckplatte, in dem die Zähne der Zahnräder im Eingriff sind. Da sich die Zahnräder über die Bohrung an der Innenseite der Grund- und/oder Deckplatte hinweg drehen, entsteht ein Selbstreinigungseffekt, der verhindert, daß sich der Strömungskanal durch Schmutz oder Kalkablagerungen zusetzt. Die Bohrung kann entweder in der Grund- oder der Deckplatte vorgesehen sein. Prinzi­ piell ist es aber auch möglich, daß eine Ausnehmung sowohl in der Grund- als auch in der Deckplatte vorgesehen ist. Im allgemeinen ist jedoch eine Bohrung 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 kämmen­ den Zahnräder dicht anliegen. Die Grund- und Deckplatte können mit dem Gehäusemittelteil verschraubt oder auch einstüc­ kig sein. Die den Strömungskanal bildende Bohrung kann unterschiedlich ausgebildet sein. Allein entscheidend ist, daß die Bohrung unterhalb der sich beim Drehen der Zahn­ räder verschiebenden Dichtlinie liegt, so daß eine Verbindung zwischen Saug- und Druckraum geschaffen wird.

Die Bohrung kann in bestimmten Zahnradstellungen dichtend von den Zahnrädern abge­ deckt werden. Wenn dies der Fall ist, ist eine Strömungsverbindung zwischen Saug- und Druckraum nicht mehr gegeben. Daher sind neben der Bohrung zwei Nuten vorgesehen, von denen sich die eine von der Bohrung in den Druckraum und die andere in den Sau­ graum erstreckt. Mit einer derart ausgebildeten Ausnehmung in der Grund- und/oder Deckplatte wird sichergestellt, daß der Saug- mit dem Druckraum in allen Zahnradstel­ lungen über einen Strömungskanal verbunden ist.

Die Nuten erstrecken sich in den Saug- bzw. Druckraum parallel zueinander. Bezüglich der Längsachse der Bohrung sind die Nuten seitlich zueinander versetzt angeordnet. Da­ durch wird erreicht, daß die Dichtungslinie 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 werden. 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 ungehin­ derter Fluidverbindung zum Saug- bzw. Druckraum besteht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bohrung in der Grund- und/oder Deck­ platte des Gehäusekörpers von einer Justierschraube verschlossen. Die gewünschte Güte der Zahnradpumpe wird dann auf einem Prüfstand oder dgl. durch Justieren der Justier­ schraube eingestellt.

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 Dar­ stellung, wobei sich die Justierschraube in der Öffnungsstellung befindet und

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

Ein bevorzugter Einsatzzweck der Zahnradpumpe ist die Förderung von wässrigen Me­ dien, 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 miteinander verschraubt. Zur Ab­ dichtung 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 zuge­ wandten 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 Strömungskanals 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 Schmutzablagerungen mit, so daß nicht die Gefahr der Verstopfung des Strömungskanals besteht. Daher hat der Strömungskanal der Pumpe einen weniger anfälligen Strömungsquerschnitt, 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.

Claims (3)

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 Gehäusekör­ per mit ihren Stirnseiten dichtend an der Grund- und Deckplatte 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
einer den Saugraum mit dem Druckraum verbindenden Bohrung (22) in der Grund- und/oder Deckplatte (2, 3), deren Querschnitt einstellbar ist, wobei die Bohrung (22) an der den miteinander kämmenden Zahnrädern (9, 10) zugewandten Innenseite der Grund- und/oder Deckplatte (2, 3) vorgesehen ist, die im Eingriffsbereich der Zahn­ räder angeordnet ist, und
einer ersten sich von der Bohrung (22) in den Druckraum (18) erstreckenden Nut (29) sowie einer zweiten sich von der Bohrung in den Saugraum (19) erstreckenden Nut (30),
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nuten (29, 30) ausgehend von der Bohrung (22) parallel zueinander in den Saug- bzw. Druckraum (18, 19) erstrecken, wobei die Nu­ ten bezüglich der Längsachse der Bohrung (22) seitlich zueinander versetzt angeord­ net sind.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (22) von einer Justierschraube (28) verschlossen ist.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse­ mittelteil (4) mit der Grund- und/oder Deckplatte (2, 3) verschraubt ist.