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Schlauchpumpe Die Erfindung betrifft eine Schlauchpumpe mit einem
auf einer Stützfläche aufliegenden Schlauch und mehreren in Drehrichtung hintereinanderliegenden,
den Schlauch gegen die Stützfläche zusammenpressende Rollen, derart, daß stets mindestens
ein von den Rollen abgequetschter Schlauchabschnitt zwischen den Rollenstützpunkten
vorliegt.
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Herrkömmliche Schlauchpumpen einfacner Bauart besitzen ein stark pulsierendes
Förderverhalten. Dies kommt im wesentlichen daher, daß der elastische Schlauch dem
geförderten Medium bei in Förderrichtung zunehmendem Druck pro Längeneinheit ein
größeres Volumen anbietet. Infolgedessen wird die Druckerhöhung ausschließlich von
der letzten in Förderrichtung im Eingriff befindlichen Rolle bewirkt. Die Druckzunahme
(Drucksprung) kann nicht gezielt auf zwei oder mehr Rollen aufgeteilt werden. Die
Folge sind große Rückströmungsgeschwindigkeiten im Schlauchspalt an der Quetschstelle
insbesondere beim Abheben der letzten Rolle. Dadurch bedingt ergeben sich hohe Schubspannungen
in dem geförderten Medium, die u.a. zur Schädigung empfindlicher Medien, wie Blut
(Hämolyse) führen können.
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Hinzu kommt, daß beim Abheben der letzten Rolle durch die Aufgabe
der Quetschung ein weiterer Raum entsteht, der das pulsierende Förderverhalten verstärkt.
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Um das Pulsieren zu vermeiden, ist es bekannt, daß der Druck des zu
fördernden Mediums vor dem Abheben der entsprechenden Rolle auf den im Raum des
vorausgeförderten
Mediums herrschenden Druck erhöht wird, siehe
DT-OS 2 223 354. Diese Druckerhöhung wird durch einen von außen auf den entsprechenden
Schlauchabschnitt einwirkenden Stempel oder eine mitlaufende, den Schlauchabschnitt
in ähnlicher Weise einengende Rolle erzielt. Diese Ausgestaltung ist herstellungstechnisch
aufwendig und daher mit erheblichen Kosten verbunden. Der einengende Stempel bzü.
die einengende Rolle nuß mit den übrigen Rollen synchron laufen, um die angestrebte
rückstoßfreie Förderung des Mediums zu erreichen. Ein wesentlicher Nachteil ist
auch hier, daß der Drucksprung nicht auf zwei oder mehr Rollen verteilt werden kann
und die schädigenden Einflüsse in der beschriebenen Form erhalten bleiben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere, d.h. zusätzlich zu den
sich aus Beschreibung und Ansprüchen ergebenden Aufgabenstellungen, eine gattungsgemäße
Schlauchpumpe von herstellungstechnisch einfachem Aufbau unter Vermeidung eines
pulsierenden Förderverhaltens anzugeben, derart, daß zur Erzielung einer Druckerhöhung
kein zusätzliches, gesondert anzutreibendes Quetschelement erforderlich ist und
der Drucksprung gezielt auf zwei oder mehr Rollen-Quetschstellen aufgeteilt werden
kann.
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Gelöst ist diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung.
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Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfinderischen
Lösung dar.
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Zufolge derartiger Ausgestaltung ist eine gattungsgemäße Schlauchpumpe
geschaffen, die sich bei einfachem Aufbau durch ein weitgehendst gleichmäßiges Förderverhalten
auszeichnet.
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Bei Umlauf der hintereinanderliegenden Rollen nimmt das Volumen des
einzelnen Schlauchabschnittes zum förderseitigen Ende hin ab. Diese Volumenabnahme
entspricht einer Druckerhöhung innerhalb des einzelnen Schlauchabschnittes. Sie
kann so gewählt sein, daß das zu fördernde Medium vor der letzten Rolle, in Förderrichtung
gesehen, einen geringfügig höheren Druck als den endgültigen Förderdruck besitzt,
um die beim Abheben der letzten Rolle bewirkte Rückströmung zu kompensieren. Die
Rollen bewegen sich, um den vorgenannten Effekt zu erzielen, mit unterschiedlichen
Umlaufgeschwindigkeiten. Es ist jedoch nur ein gemeinsamer Antrieb für die Rollen
notwendig, was einen einfacheren
Aufbau zuläßt und damit zu niedrigeren
Herstellungskosten der Schlauchpumpe führt. Vorteilhaft ist es dabei, die Volumenabnahme
der Schlauchabschnitte zum förderseitigen Ende hin durch die aus der Drehbewegung
des Rollenträgers abgeleitete Verkleinerung des Umfangabstandes zwischen benachbarten,
in Schlauchandruckstellung befindlichen Rollen zu erzielen.
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Bei einer Ausführungsform kann der Winkelabstand zwischen den Rollentragarmen
gleich bleiben. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß sich der Winkelabstand
zwischen benachbarten Rollentragarmen bei Drehbewegung des Rollenträgers ändert.
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Bei der Ausführungsform mit gleichbleibendem Winkelabstand zwischen
den Rollentragarmen ist in vorteilhafter Weise die Verkleinerung des Umfangabstandes
zwischen benachbarten, in Schlauchandruckstellung befindlichen Rollen durch teleskopierende
Rollentragarme erreicht, welche von dem exzentrisch zum Stützflächenmittelpunkt
gelagerten Rollenträger ausgehen.
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Die Änderung des Segmentvolumens während einer Förderperiode kann
bei festliegender Schlauchbahn durch Variation des Abstandes zwischen Stützflächenmittelpunkt
und Drehpunkt des Rollenträgers reguliert werden. Ebenso ist eine
weitere
Regulierung durch die Lage des Drehpunktes zum Stützflächenmittelpunkt möglich.
Die Teleskopierbarkeit der Rollentragarme ist dabei vorzugsweise druckmittelunterstützt.
Dies kann hydraulisch oder pneumatisch geschehen.
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Auch sind Druckfedern anwendbar. Die den Druckrollen zugeordnete Führungsschiene
begrenzt die Quetschtiefe, wodurch der Schlauch geschont wird. Ebenfalls wäre eine
Zwangsführung zur Aufnahme der auf die Rollentragarme wirkenden Pressungskraft möglich.
Die Mittel zur Verwirklichung der Varianten, bei welcher sich der Winkelabstand
zwischen den Rollentragarmen ändert, sind in ihrem Aufbau einfach. Sie bestehen
im wesentlichen aus einer exzentrisch zum Stützflächenmittelpunkt gelagerten Steuerscheibe
mit darauf befindlichen Kulissensteinen, welche bei Umlauf der Steuerscheibe zwangsläufig
eine Veränderung des Winkelabstandes zwischen den Rollentragarmen veranlassen. Die
Rollentragarme selbst können im Stützflächenmittelpunkt angeordnet sein. Auch bei
dieser Ausführungsform läßt sich das Segmentvolumen während einer Förderperiode
regulieren, indem man Lage und Abstand des Steuerscheiben-Drehpunktes zum Stützflächenmittelpunkt
verändert. Vorzugsweise sind die Kulissensteine in gleichmäßiger Winkelverteilung
im Umfangsbereich der Steuerscheibe vorgesehen. Bei dieser Varianten kann auf eine
Führungsschiene
verzichtet werden, da die Quetschtiefe durch die
konzentrisch angeordneten Rollentragarme gleichbleibend ist. Die Umfangsabstandsänderung
zwischen den einzelnen Rollen läßt sich ebenfalls bei einfachem Aufbau auch dadurch
bewirken, daß man die Rollentragarme auf einer Tragscheibe befestigt, die exzentrisch
angeordnet werden kann. Die Rollentragarme werden bei dieser Lösung durch Federdruck
in ihre Anlagestellung zum Schlauch gepreßt, wobei es zweckmäßig ist auch bei dieser
Lösung eine konzentrisch zum Stützflächenmittelpunkt angeordnete äußere Führungsschiene
vorzusehen, die die Quetschtiefe begrenzt. Die Tragarme können ebenfalls durch einen
inneren konzentrisch zum Stützflächenmittelpunkt angeordneten Führungsring gegen
den Schlauch gepreßt werden. Die die Rollentragarme aufnehmende Tragscheibe erzwingt
zwangsläufig bei einer Umlaufbewegung eine Änderung des Winkelabstandes zwischen
den Rollentragarmen, derart, daß die Schlauchsegmente zum förderseitigen Ende hin
abnehmen.
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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis
3 erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung die
erste Ausführungsform, Fig. 2 die zweite Ausführungsform in schematischer Darstellung
und Fig. 3 in schematischer Darstellung die dritte Ausführungsform.
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Die Schlauchpumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel besitzt das
Gehäuse 1. Letzteres bildet die Stützfläche 2 für den Schlauch 3 aus. Die Stützfläche
2 setzt sich aus zwei parallelen Abschnitten 2' und 2" zusammen, welche über den
Krümmungsbogen 2"' verbunden sind. Der Stützflächenmittelpunkt ist mit M bezeichnet.
Letzterer ist zugleich Schnittpunkt der Koordinaten x und y.
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Exzentrisch zum Stützflächenmittelpunkt M lagert drehbar der Rollenträger
4. Der Drehpunkt ist mit D bezeichnet und liegt im Abstand a vom Stützflächenmittelpunkt
M. Die durch M und D gelegte Gerade u-u schließt mit der Koordinate x einen Winkel
alpha ein.
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Auf der Linie u-u erstrecken sich in einer Drehstellung des Rollenträgers
4 die Teleskopführungen 5. Diese kreuzen im rechten Winkel die Teleskopführungen
5'. In den Teleskopführungen 5,5' sitzen radial verschiebliche Rollentragarme 6.
Beim Ausführungsbeispiel sind die Rollentragarme 6 von einem hydraulischen Druckmittel
7 beaufschlagt. An ihren freien Enden lagern die Tragarme 6 um die Drehachsen 8
die Rollen 9.
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Konzentrisch zum Stützflächenmittelpunkt M ist eine die Teleskopierbarkeit
der Rollentragarme 6 begrenzende Führungsschiene 10 vorgesehen, wodurch eine gleichbleibende
Quetschtiefe t erzielt wird.
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Es ergibt sich folgende Wirkungsweise: Das zu fördernde Medium gelangt
über das eingangsseitige Ende 3' des Schlauches 3 in diesen. Durch den sich in Pfeilrichtung
v drehenden Rollentragkörper 4 findet eine Einquetschung des Schlauches statt, derart,
daß sich der Umfangsabstand zwischen benachbarten, in Schlauchandruckstellung befindlichen
Rollen 9 zum förderseitigen Ende 3" des Schlauches
hin verkleinert.
Da der Rollenträger 4 mit konstanter Geschwindigkeit umläuft, ändert sich die Umfangsgeschwindigkeit
der Rollen. Die gerade in Quetscheingriffsstellung gekommene Rolle bewegt sich dann
mit größerer Umfangsgeschwindigkeit als die übrigen Rollen, so daß das zu fördernde
Medium fortschreitend von Schlauchsegment S1 zu Schlauchsegment S auf einen höheren
-Druck gebracht wird, u.U. derart, daß der im Schlauchsegment S erreichte Druck
etwas höher ist als der endgültige Förderdruck.
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Zwecks Veränderung des Segmentvolumens kann der Drehpunkt D in Bezug
auf den Stützflächenmittelpunkt M verlagert werden, sei es durch Abstandsveränderung
zu diesem oder durch Winkelveränderung alpha.
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Bei der zweiten Ausführungsform, dargestellt in Fig. 2, besitzen in
Bezug auf die erste Ausgestaltung gleiche Teile gleiche Bezugszeichen. Konzentrisch
zum Stützflächenmittelpunkt M lagern die Tragarme 11, die endseitig mit den Rollen
9 bestückt sind. Exzentrisch zum Stützflächenmittelpunkt M ist
der
Drehpunkt D für die Steuerscheibe 12 vorgesehen. Im Umfangsbereich der Steuerscheibe
12 sind gelenkig angeordnete Kulissensteine 13 angebracht, welche von den Rollentragarmen
11 durchsetzt werden. Die Steuerscheibe 12 läuft in Pfeilrichtung v um.
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Bei Umlauf der Steuerscheibe 12 findet eine Veränderung des Winkelabstandes
zwischen den Rollentragarmen 11 statt, derart, daß sich der Winkelabstand in Förderrichtung
verringert.
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Bedingt durch den unterschiedlichen Winkelabstand zwischen den Rollentragarmen
11 liegt auch ein unterschiedlicher Umfangsabstand zwischen den beiden benachbarten
Schlauchsegmenten vor. Bei dieser Ausgestaltung wird bei Drehung des Rollenträgers
4' das zu fördernde T;Iedium progressiv auf einen höheren Druck gebracht. Je nach
Zuordnung des Drehpunktes D der Steuerscheibe in Bezug auf das Koordinatennetz x,y
läßt sich das Förderverhalten der Schlauchpumpe beeinflussen. Bei einem Umlauf des
Rollenträgers tritt eine Relativverschiebung zwischen Kulissensteinen 13 und Rollentragarmen
11 auf.
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Die dritte Ausführungsform nach Fig. 3 besitzt die exzentrisch zum
Stützflächenmittelpunkt M drehbar angetriebene Tragscheibe 14. Im Umfangsbereich
der Tragscheibe 14 sind in gleicher Umfangsverteilung die Achsen 15 für die Rollentragarme
16 vorgesehen. Die fest mit der Tragscheibe 14 verbundene Achse 17 ist geschlitzt
und weist dort die Federn 18 auf, derart, daß sich diese kreuzen. Die Federenden
treten gegen die Rollentragarme 16 und belasten diese in Uhrzeigerrichtung.
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Um die Quetschtiefe t zu begrenzen, ist eine konzentrisch zum Stützflächenmittelpunkt
M verlaufende Führungsschiene 10 vorgesehen. Statt der Federn 18 kann zur Führung
der Rollen auch ein strichpunktiert dargestellter Stützring 19 vorgesehen sein,
der konzentrisch zum Stützflächenmittelpunkt M angeordnet ist und die Anpressung
übernimmt.
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Auch bei dieser Ausführungsform kann die Drehachse D zum Stützflächenmittelpunkt
M lagenverändert werden zwecks Erzielung unterschiedlicher Förderverhältnisse.
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Dabei verändern auch bei dieser Ausführungsform die Rollen tragarme
16 ihre Lage zueinander, derart, daß der Umfangsabstand benachbarter Schlauchsegmente
S1,S zum förderseitigen Ende hin abnimmt. Das entspricht einer Volumenänderung und
damit einer Druckerhöhung.
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Bei allen drei dargestellten Ausführungsformen handelt es sich um
eine Schlauchpumpe mit vier Rollen mit einem Kontaktwinkel von ca. 180 Grad. Bei
einem größeren Kontaktwinkel könnte man auch drei Rollen vorsehen. Wird dagegen
die Rollenzahl größer, wird der notwendige Kontaktwinkel kleiner.