DE2340364A1

DE2340364A1 - Peristaltische pumpe

Info

Publication number: DE2340364A1
Application number: DE19732340364
Authority: DE
Inventors: Alan John Thomas
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1972-08-09
Filing date: 1973-08-09
Publication date: 1974-02-28
Also published as: US3876340A; JPS4985606A; IT994564B; FR2329159A5; IE37981B1; BE803433A; IE37981L; GB1417146A; NL7310990A

Description

Case HW/87
j GB-PA 37078/72
: vom 9. August 1972

The Rank Organisation Limited
Millbank Tower,
, Miirbank, London, S.W. 1., England

Peristaltische Pumpe

Die Erfindung betrifft eine peristaltische Pumpe.

Bei einer bekannten peristaltischen Pumpe, die zum gleichzeitigen Pumpen mehrerer !flüssigkeiten und zum Mischen derselben in einem vorbestimmten Mischungsverhältnis vorgesehen ist, sind mehrere deformierbare Schläuche Seite an Seite jeweils in dem Weg einer Folge beweglicher Rollen angeordnet, die jeweils die Schläuche gleichzeitig über einer kurzen Länge zusammendrücken und die zusammengedrückten Abschnitte gleichtzeitig und in derselben Richtung entlang den Schläuchen vorwärt sbewegen.

Wenn die verschiedenen Flüssigkeiten in anderen "Verhältnissen als zu gleichen Teilen gemischt werden sollen, haben die »schläuche verschiedene Durchmesser, wobei die Querschnittsflächen den Proportionen entsprechen, in denen die Flüssigkeiten zusammengebracht werden sollen. Wenn verschiedene Schläuche mit unterschiedlichen Durchmessern gleichzeitig durch dieselbe Rolle zusammengedrückt werden, gibt es Schwierigkeiten, weil jeder Schlauch beim Flachdrücken durch die Rolle dazu neigt, sich um die Rolle herumzulegen und die Rolle zu zwingen, sich mit-

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einer Geschwindigkeit zu drehen, die den Schlupf gegenüber dem : Schlauch eliminiert. Da die Schläuche mit unterschiedlichem ; Durchmesser versuchen, unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten ^; an der Rolle einzustellen, ergibt sich ein gewisser Schlupf j zwischen jedem Schlauch und der Eolle. Es ist auch schwierig, \ verschiedene Schläuche mit unterschiedlichem Durchmesser gleichzeitig zusammenzudrücken, ohne übermäßige Drücke zu verwenden. ' Dies ist zwar möglich, wenn die Wandstärken aller Schläuche mit; den verschiedenen Durchmessern gleich groß sind, diese Gleich- \ heit ist jedoch bei vielen Schläuchen, beispielsweise bis zu zwölf Schläuchen, sehr schwierig zu erreichen. Da ä>er der Hauptvorteil der peristaltischen Pumpe darin liegt, daß sie billig und einfach ist, würden tatsächlich Bemühungen, identische Wandstärken der Schläuche herzustellen, von den erwünschten Eigenschaften der Pumpe wegführen. Gewöhnlich werden daher übermäßige Drücke zugelassen.

Das Herumlegen der Schläuche um die Rollen und die hohen Drücke auf den Schläuchen ergeben einen hohen Abrieb an den Schläuchen. Ferner bedeuten die hohen Drücke 1©he Drehmomente im Betrieb. Unter solchen Bedingungen verlieren die Schläuche schnell ihre Fähigkeit, ihre ursprüngliche Form wieder-herzustellen, so daß , sich ein schneller Abfall in dem von der Pumpe geförderten i Volumen bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit ergibt.

Große Rollendurchmesser wurden bisher verwendet, um das Herumwickeln der Schläuche um die Eolle zu eliminieren oder zu reduzieren. Große Rollen bringen jedoch ihre eigenen Probleme mit sich. Beispielsweise drückt eine große Rolle den Schlauch über einer vergleichsweise.längen Strecke zusammen, so daß verhältnismäßig lange Unterbrechungen und daher Pulsationen in der!

Flüssigkeitsströmung/, τ/enn der zusammengedrückte Abschnitt sich füllt, jedesmal wenn die Rolle den Schlauch freigibt. Diese Unterbrechungen und die resultierenden Pulsationen treten gleichzeitig in den verschiedenen, gleichzeitig zusammenge-

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drückten Schläuchen auf und können zu einem starken Pulsieren in der Leitung führen, die den Ausstoß von allen Schläuchen aufnimmt.

Eine erfindungsgemäße, perisfcaltische Pumpe weist mehrere, Seite an Seite angeordnete, deformierbare Schläuche, die in parallelen Ebenen liegen, mehrere Sätze von Hollen, wobei ein Satz für jeweils einen Schlauch vorgesehen ist und die Rollen {jedes Satzes so angeordnet sind, daß sie nacheinander in einem beweglichen Kontakt mit dem zugehörigen Schlauch gebracht werden können, wodurch jede Rolle den Schlauch über einem Abschnitt flachdruckc:, in einer Richtung entlang dem Schlauch bewegt wird und von dem Schlauch wieder abgehoben wird, und mehrere Gegendruckeinrichtungen auf, von denen je eine für jeden Schlauch vorgesehen ist und die eine federnd nachgiebige Fläche aufweisen, die so angeordnet ist, daß sie als Anschlag dient, gegen den der Schlauch von den zugehörigen Rollen angedrückt wird.

Vorzugsweise weist jede Gegendruckeinrichtung einen Block at.T, der durch Federn in Anlage mit dem zugehörigen Schlauch gedrückt wird. Der Block besteht vorzugsweise aus einem nachgiebigen Material, und die nachgebende Oberfläche kann gebogen sein, so daß sie zu der Querschnittsform des Schlauches passt, an dem sie angreift.

Andernfalls kann jede Gegendruckeinrichtung durch ein Band gebildet werden, dessen Oberfläche die nachgebende Fläche bildet. Das Band 'wird dann federnd in Kontakt mit dem zugehörigen Schlauch gedrückt. Das Band kann ein Endlosband sein und um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert sein, wobei die Federkraft durch eine Feder verwirklicht wird, die auf das Band an einem Punkt wirkt, der von der Achse einen Abstand hat.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen "beschrieben. Es zeigen;

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Jig. 1 eine Draufsicht auf eine peristaltische Pumpe nach

einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 und 3 respektive Seiten- und Enddarstellungen der in Fig. 1 gezeigten Pumpe im Schnitt, wobei die Schnitte entlang den Linien A-A und B-B respektive in 5¹Ig. 1 genommen sind;

Fig. 4- eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Pumpe i mit Blickrichtung entlang dem pfeil G in Fig. 1 ; ^! Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer peristaltischen . Pumpe nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er-] findung;

! Fig. 6 eine schematische, perspektivische Darstellung eines ' Teiles einer peristaltischen Pumpe gemäß einem

dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und Fig. 7 einen Schnitt, der die Anordnung des Schlauches und seiner Gegendruckeinrichtung zeigt, die in ,jedem der drei Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in den Zeichnungen gezeigt sind, verwendet werden kann.

Gemäß den Fig. 1 bis 4- weist die peristalitische Pumpe ein Gehäuse 10 auf, das aus zwei unter Abstand angeordneten Endplätzen 12, 14- besteht, die durch eine Querstange 16 mit L-förmigen Querschnitt miteinander verbunden sind, um eine Kammer zu bilden, in der eine Rotoreinrichtung 18 untergebracht ist, die um eine Achse 20 drehbar ist, welche durch eine Welle 22 definiert wird. Die Welle 22, die einen Teil der Hotoreinrichtung 18 bildet, wird

von Lagern 24-, 26 in den Platten 12, 14- respektive getragen. Die > ι Welle kann an einem Ende durch eine geeignete Antriebseinrich- ; itung gedreht werden. !

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind 12 flexible Schläuche

j28 Seite an Seite in parallelen Ebenen für die Pumpe vorgesehen.

!Jeder Schlauch 28 ist mit seinen entsprechenden Enden an die ent ¹ sprechenden Schenkel der Querstange 16 dadurch verbunden, daß sie!

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in Schlitzen in den äußeren Abschnitten der Stange 16 angeordnet sind. Ferner ist jeder Schlauch gebogen, wie dargestellt ist, und erstreckt sich um die Welle 22.

Die Welle 22 trägt sechs Läuferkörper 30, die jeweils in Form einer Buchse mit zwei parallelen Umfangsnuten 32 ausgeführt sind. Zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden jeder Nut erstrecken sich zwei drehbare Rollen 3²H cLie für jeden Läuferkörper auf einem Steigungswinkel des Läuferkörpers 32 angeordnet und unter ' gleichwinkligen Abständen voneinander vorgesehen sind.

: Die Schläuche 28 sind respektive in den zwölf Nuten 32 ange- '-. ordnet. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Pumpe die Schläuche ^; in sechs Paaren angeordnet sind, wobei ein Paar zu jedem Läuferkörper 30 gehört. Die Schläuche jedes Paares führen normaler- ; weise dieselbe Flüssigkeit. Die Läuferkörper 30 können jedoch | die gleiche oder unterschiedliche Größen haben, und die Rollen 3^ verschiedener Läuferkörper können unterschiedlich angeordnet sein je nach den zu pumpenden Teilmengen der Flüssigkeitskomponenten. Die Läuferkörper 30 sind von der Welle 22 abnehmbar und , können durch Läuferkörper anderer Größen ersetzt werden, um verschiedene Flüssigkeiten oder Teilmengen von Flüssigkeiten zu pumpen.

Die Rollen 34- drücken bei dem Pumpvorgang die Schläuche 28 gegen einzelne Gegendruckeinrichtungen, von denen je eine für jeden Schlauch 28 vorgesehen ist und die durch Gegendruckblöcke 36 \ gebildet sind. Jeder Block 36 hat eine Oberfläche 38, die an dem] zugehörigen Schlauch 28 angreift und die in einer Richtung j radial von der Welle 22 weg nachgiebig ist, da der Block 36 auf einem Trägerrahmen 39, der für alle Blocks gemeinsam vorgesehen ist, durch zwei Zapfen 40 gleitbar montiert ist, die im wesentlichen radial bezüglich der Welle 22 angeordnet sind und da eine !Druckfeder 42 zwischen dem Block 36 und dem Rahmen 39 wirkt.

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Die Fläche 38 durchläuft eine Kurve, um der Biegung des zugehörigen Schlauches zu folgen, die darauf beruht, daß sich der Schlauch um die Welle 22 herum erstreckt. Die Feder 42 greift an einem einstellbaren Zapfen 44 auf dem Trägerrahmen 39 an. Durch Einstellung des Zapfens 44 wird die Kompression der Feder 42 und daher die Kraft eingestellt, mit der der Block 36 gegen den zugehörigen Schlauch 28 gedrückt wird.

Der Rahmen 39 ist scharnierartig auf dem Gehäuse 10 an Scharnierzapfen 46 montiert und kann von den Schläuchen 28 dadurch weggeschwenkt werden, daß ein Haltezapfen 48 aus einem Schlitz in einer Haltezunge 50 des Rahmens 49 herausgenommen wird, wodurch die Blöcke 36 repariert, entfernt und ersetzt werden können. Köpfe 4OA der Zapfen 40 verhindern, daß die Blöcke 36 von dem Rahmen 39 herunterspringen, wenn er von den Schläuchen 28 weggeklappt wird, wie oben beschrieben wurde.

Im Betrieb dieses Ausführungsbeispieles der Erfindung werden die Enden der Schläuche 28 mit den Speise- und Abgabe schläuchen für die zu pumpenden Flüssigkeiten verbunden, und die Welle 22 und die Läuferkörper 30 werden in Drehung versetzt. Die Flüssigkeiten werden wie bei einer herkömmlichen peristaltischen Pumpe gepumt. Jedes Paar von Schläuchen 28 hat Jedoch seine eigenen Rollen und jeder Schlauch hat seine eigene Gegendruckeinrichtung, so daß einerseits der relative Schlupf zwischen Hollen und Schläuchen vermieden wird, wie er dann auftritt, wenn eine einzige Rolle mehrere Schläuche flachdrückt, und andererseits entfällt die Notwendigkeit für einen übermäßigen Druck (und daher ein übermäßiges Drehmoment) zur Durchführung aer Pumpwirkung, da der Gegendruckblock 36 federnd von der Welle weg nachgeben kann.

Es ist zu beachten, daß Jeder Satz der Enden der Schläuche 28 je nach der Drehrichtung der Welle 22 die Abgabe- oder Einlaßenden bilden kann.

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In dem in 5¹Ig. 5 gezeigten Aus führung s"b ei spiel der Erfindung sind die Schläuche 100 der Pumpe gerade und parallel angeordnet. In Fig. 5 ist nur ein Schlauch 100 gezeigt. Die Rollen 103 zur Durchführung der 'Pumpwirkung auf den Schlauch 100 werden unter Abständen auf einem Endlosband 102 getragen, dessen eine Bahn dem Schlauch 100 zugekehrt ist und neben einer Seite des Schlauches 100 liegt. Die Bänder 102 der Pumpe wirken einzeln mit den Schläuchen 100 zusammen, werden jedoch gleichzeitig angetrieben, um das Pumpen durchzuführen.

Die Gegendruckeinrichtungen für jeden Schlauch in diesem Ausführung sb ei spiel ist ein Endlosband 104-, das um unter Abständen angeordnete Gleitrollen 105, 106 gelegt ist, so daß eine Bahn des Bandes 104 neben der Seite des Schlauches 100 liegt, die der zu dem Band 102 zugekehrten Seite gegenüberliegt, und an dieser Seite des Schlauches angreift.

Diese Bahn des Bandes 104 wird federnd in Eontakt mit dem Schlauch 100 dadurch gedrückt, daß die Leitrolle 106 eine schwebende Leitrolle ist und durch eine Blattfeder 107 gegen den Schlauch 100 gedrückt wird. Das Band 104 kann daher im Effekt unter Federwirkung um die Achse der Leitrolle 105 verschwenkt werden, um einen übermäßigen Druck von den Rollen 105 auf den Schlauch 100 zu kompensieren.

Das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel ist tatsächlich eine Kombination des ersten und des zweiten Ausführungsbeispieles, da es Läuferkörper 110 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel _; verwendet, um die Rollen 111 zu tragen, und da jede Gegen- i

druckeinrichtung ein durch eine Feder vorbelastetes Band 112 | ist, das um ein Ende 113 schwenkbar ist und an dem anderen Ende j

wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel durch eine Feder vorbe- |

lastet ist. Nur bewirkt hier eine Spiralfeder 114 die Federbe- ! lastung. '

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Fig. 7 zeigt im Schnitt einen der Pumpschläuche 28 oder 100 und die Oberfläche der zugehörigen Gegendruckeinrichtung, die an dem Schlauch angreift. Es ist zu erkennen, daß diese Fläche eine Nut hat, in der der Schlauch liegt und die zu der Form des I Schlauches passt. Diese Anordnung kann in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet werden. Die Mittel, j die die an den Schlauch angreifende Oberfläche bilden, sollten ^j

jedoch zur Erzielung der besten Ergebnisse kompressibel sein. i

'^! In Betrieb kommen, wenn die Bänder umlaufen oder die Läufer- ; körper sich drehen, die einen kleinen Durchmesser aufweisenden

Rollen mit den Schläuchen in Bemührung und drücken sie über ; einem kurzen Abstand nur so stark flach, daß das in den Schläuchen enthaltene Strömungsmittel stromab von den Rollen einge-I schlossen wird und, während die Rollen entlang den Schläuchen ! vorwärtsbewegt werden, wird das eingeschlossene Strömungsmittel ; vorwärtsbewegt. In allen beschriebenen Ausführungsbeispielen j drücken die federnd nachgiebig montierten Gegendruckeinrichtun- ! gen die Schläuche in Kontakt mit den Rollen, so daß die Dicht- : wirkung auf den flachgedrückten Teilen der Schläuche ohne über-I mäßigen Druck der Rollen gegen die Schläuche hergestellt wird, während ein solch übermäßiger Druck normaler-weise erforderlich. ist, wenn die Schläuche auf einer nichtnachgiebigen Fläche lie-. gen. Es gibt daher keine unnötige Beanspruchung des Schlauch-

■ materials, wie sie bei der an sich bekannten Pumpe auftritt. ¹ In der bekannten Pumpe muß, da es unmöglich ist, genau den

richtigen Abstand zwischen der Außenfläche jeder Rolle und der ; : starren Fläche, gegen die der Schlauch gedruckt wird, einzu- !

¹ ί

stellen, der Abstand kleiner gemacht werden, als es eigentlich j

notwendig ist, so daß das Schlauchmaterial tatsächlich zusammen- ^! gequescht und an dem Punkt dünner gemacht wird,, wo die Rolle \ den Schlauch glachdrückt. In den beschiebenen Ausführungsbei- : spielen der Erfindung wird durch federnde Nachgiebigkeit der j Gegendruckeinrichtung der Schlauch nur gerade so weit flach ge-

■ drückt, daß die beiden Wände in Kontakt kommen, so daß nur eine

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kleine oder garkeine Beschädigung an dem Schlauch selbst auftritt. Dadurch wird der Abrieb auf dem Schlauch stark reduziert, so daß die Lebensdauer des Schlauches weit erhöht wird. Auch behält die Pumpe ihren volumenmäßigen Wirkungsgrad während _: einer viel längeren Zeitdauer, und die Kraft, die zum Antrieb der Pumpe erforderlich ist, wird gegenüber der bekannten Pumpe mit demselben Volumen stark reduziert, weil keine Energie bei einer unnötigen Verformung des Schlauchmaterials verschwendet wird. Tatsächlich kann die Energie, die zum Verformen des Schlauchmaterials selbst notwendig ist, erheblich größer sein als die Energie, die zum Pumpen des Strömungsmittels erforderlich ist. Da jeder Schlauch oder jedes Paar von Schläuchen seinen eigenen Rollensatz hat, und da jeder Schlauch seine eigene Gegendruckeinrichtung hat, stellen sich die Bedingungen an jedem Schlauch selbst ein, und es gibt keine Gefahr, daß ein Schlauch versucht, seine Betriebsbedingungen einem anderen Schlauch aufzuzwingen. Da die l^?edern an jeder Gegendruckeinrichtung getrennt eingestellt werden können, ist es auch nicht notwendig, Schläuche mit genau denselben Wandstärken zu verwenden. Die Gegendruckeinrichtungen stellen sich selbst auf die zugehörigen, einzelnen Schläuche ein. Ein anderer wichtiger Vorteil besteht darin, daß, weil die geringere und nachgiebige Druckkraft auf jeden Schlauch durch die zugehörige Gegendruckeinrichtung ausgeübt wird, die Pumpe während langen Zeitdauern mit durch die Rollen flachgedrückten Schläuchen stehenbleiben kann, ohne daß eine Beschädigung oder eine Veränderung in der Pumpgeschwindigkeit eintritt, wenn die Pumpe neu eingeschaltet wird. Die Verwendung einzelner Rollen für jedaiSchlauch- oder jedes Schlauchpaar vereinfacht den Austausch eines Schlauches ^; dadurch, daß die Pumpe nicht insgesamt auseinandergenommen werden muß. Tatsächlich kann ein Schlauch ausgewechselt werden, während die anderen Schläuche in Betrieb sind. ;

Ea hat sich gezeigt, daß Wolfram das am meisten befriedigende Material für die einen kleinen Durchmesser aufweisenden Rolleni4j.

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Claims

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Patentansprüche

0Peristaltische Pumpe mit mehreren, Seite an Seite angeordneten, deformierbaren Schläuchen, die in parallelen Ebenen liegen, und mit Pumprollen, die nacheinander in einen beweglichen Kontakt mit den Schläuchen gebracht werden, wodurch die Hollen die Schläuche über einen Teil flach und gegen die Gegendruckeinrichtungen drücken, und die in einer Richtung entlang dem Schlauch bewegt und abgehober/, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rollensätze (34-, 103, 111), wobei ein Satz für jeden Schlauch vorgesehen ist, und mehrere Gegendruckeinrichtungen (36, 104, 112), von denen je eine für ' jeden Schlauch vorgesehen ist, vorhanden sind, und daß Jede Gegendruckeinrichtung (36» 104, 112) eine Fläche bietet, die an dem zugehörigen Schlauch (28, 100) angreift und die federnd nachgiebig von den Rollen (34, IO3, 111) wegbewegbar ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeae Gegendruckeinrichtung(36) einen Block aufweist, der durch eine Feder in Anlage mit dem zugehörigen Schlauch (28) gedrückt wird.
3· Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (34) auf einer gemeinsamen Welle (33) getragen werden uW die die Schläuche (28) in einer Kurve herumgelegt sind, und daß die nachgiebigen Flächen (38) der Blöcke (36) eine entsprechende Kurvenform aufweisen, während die Blöcke (36) radial zu der Welle (22) nachgiebig angeordnet sind.
4. Pumpe nach Anspruch 2 oder 35 dadurch gekennzeichnet, daß

,jeder Block (36) durch eine Druckfeder (42) gegen den suge- { hörigen Schlauch (28) gedrückt wird. I
5- Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Blöcke (36) durch einen gemeinsamen Rahmen (39) gleitbar getragen werden.
6. Pumpe nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (39) scharnierartig gegenüber den Rollen (3^) schwenkbar ist, um die Blöcke (36) gleichzeitig von den Schläuchen (28) wegzubewegen.
7- Pumpe na,ch einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Block (36) aus kompressiblen Material besteht, und daß die nachgiebige Oberfläche (38) desselben eine Kurvenform hat, die der Querschnittsform des Schlauches (28) entspricht, an dem sie angreift.
8. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gegendruckeinrichtung (104·, 112) durch ein Band gebildet wird, dessen Oberfläche die nachgiebige Fläche bildet, und daß das Band (104-, 112) unter der Wirkung einer Feder in Kontakt mit dem zugehörigen Schlauch (100) gedrückt wird.
9· Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Band 004-, 112) ein Endlosband ist und um eine Schwenkachse (105, 113) schwenkbar gelagert ist, während die Pederbelastung durch eine Feder (102, 114·) erreicht wird, die auf das Band (104-, 112) an einem Punkt wirkt, der von der Achse einen Abstand hat.
10.Pumpe nach Anspruch 8 oder 9? dadurch gekennzeichnet, daß jedes Band (104-, 112) eine Längsnut zur Aufnahme des zugehörigen Schlauches hat, und daß das Band aus einem kompressiblen Material besteht. :
11.Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut in der Dicke des Bandes eingearbeitet ist.

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12. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Eolle (34-* 1OJ, 111) einen Durchmesser hat, der kleiner als der Außendurchmesser des zugehörigen Schlauches (28, 100) ist.

13· Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (28, 103, 111) aus Wolfram bestehen.

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