DE3112902A1

DE3112902A1 - Rollenpumpe

Info

Publication number: DE3112902A1
Application number: DE19813112902
Authority: DE
Inventors: Howard J. 54017 New Richmond Wis. Thompson
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1982-01-28
Also published as: US4576556A; FR2479915B1; FR2479915A1; JPS56145687U; CA1156872A; NL8101614A

Description

Ger. P-435

Medtronic, Inc.

3055 Old Highway Eight, Minneapolis,Minn .55440, V. St.. A.

Rollenpumpe

Rollenpumpen sind bekannt und werden im Bereich der Medizin umfangreich eingesetzt. Eine typische Anwendung ist beispielsweise die Verwendung einer solchen Pumpe als Blutpumpe während der Hämodialyse. Die Einfachheit und Verläßlichkeit von Rollenpumpen hat zu ihrer weiten Verbreitung auf dem medizinischen Sektor geführt.

Typische medizinische Rollenpumpen weisen einen Stator mit einer Anlagefläche auf, gegen die ein oder mehrere Schläuche mittels eines umlaufenden Rotors angedrückt und zusammengepreßt werden, wobei der Rotor auf die Schläuche mit zwei oder mehr Rollen einwirkt. Beim Drehen des Rotors wird in dem oder den Schläuchen befind-

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liches Fluid in der Richtung der Rotordrehbewegung befördert. Stattdessen kann das Fluid der Pumpe auch unter Druck zugeführt werden, so daß die Pumpe bei Drehung des Rotors als Meß- oder Dosierventil wirkt» In jedem Falle ergibt sich aus dem Innendurchmesser des Schlauchs oder der Schläuche und der Rotordrehzahl die Menge des durch den Schlauch oder die Schläuche hindurchgeleiteten Fluids, die durch Regulieren der Rotordrehzahl gesteuert oder geregelt werden kann.

Zu den bei bekannten Rollenpumpen aufgetretenen Problemen gehören Abmessungsschwankungen der Rotorrollen sowie Variationen der Anlagefläche des Stators und der Schläuche selbst. Außerdem sind die Rotorrollen nicht immer auf den Schläuchen abgerollt; sie neigen vielmehr dazu, auf den Schläuchen zu schleifen und diese aufzukratzen. Außerdem ist es zu Flatterbewegungen der Schläuche gekommen. Jedes dieser Phänomene kann, wenn es über längere Zeit auftritt, zu einem mechanischen Ausfall der Schläuche führen. Weil ferner der Schlauch nicht über den vollen Drehwinkel des Rotors von 360 gegen die Statoranlagefläche angepreßt wird, sind die auf den Rotor ausgeübten Kräfte während der Drehung des Rotors ungleichförmig. Bei größeren Pumpen kann dem durch Erhöhung der Abmessungen der Antriebswelle be-

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gegnet werden. Bei kleineren Einheiten ist eine solche Lösung aber nicht immer praktisch durchführbar. In jedem Fall kommt es dadurch zu erheblichen Schwankungen des Drehmoments, das für ein Drehen des Rotors über den Bogen von 360 erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere für medizinische Zwecke bestimmte Rollenpumpe zu schaffen, bei der eine bessere Konstanz des Rotordrehmoments erzielt wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Rollenpumpe mit' einem Stator, der mindestens einen Statorschlaucheinlaß und einen Statorschlauchauslaß sowie eine bogenförmige Anlagefläche aufweist, mit mindestens einem entlang der Anlagefläche vom Schlaucheinlaß zum Schlauchauslaß verlaufenden Schlauch und einem um 360 drehbaren Rotor, der mehrere Rollen zum Zusammenpressen des Schlauchs unter Mitwirkung der Anlagefläche trägt, erfindungsgemäß gelöst durch eine der Anlagefläche gegenüberstehende Einlage, mittels deren auf den Rotor eine Schlauchkompressions-Ausgleichskraft übertragbar ist.

Die von der Einlage auf den Rotor ausgeübte Ausgleichsoder Kompensationskraft gleicht die Kräfte aus, denen der Rotor bei einer Drehung über 3<5O° ausgesetzt wird.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung geht ferner von der Einlage eine Auskleidung oder ein Futter aus, die,, bzw. das im Bereich der Statoranlagefläche über dem Schlauch bzw, den Schläuchen liegt und Dimensions- · änderungen zwischen den Rotorrollen sowie Variationen der Anlagefläche und der Schläuche selbst kompensiert. Darüberhinaus stellt das Futter einen wirkungsvollen Schutz der Schläuche dar. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke der Einlage im Bereich größter Dicke näherungsweise gleich der kombinierten Dicke des voll zusammengepreßten Schlauchs und des Futters. Es können mit dem Stator zusammenwirkende Nasen oder Ansätze vorgesehen sein, die dazu beitragen, die aus Einlage und Futter bestehende Anordnung in der gewünschten Position zu halten.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine bekannte Rollenpumpe,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2

der Fig. 1,

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Fig. 3 schematisch eine erfindungsgemäß aus

gebildete Rollenpumpe,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer

bevorzugten Ausführungsform der aus Einlage und Futter bestehenden Anordnung, und

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform

der Einlage.

In den Fign. 1 und 2 ist eine typische bekannte (US-PS 4,108,575) Rollenpumpe mit einem Stator 10 veranschaulicht, der eine Anlagefläche für einen oder mehrere Schläuche 11 aufweist. Ein Rotor 12 ist um 360° drehbar. Er trägt mehrere Rollen 13, die mit dem Schlauch oder den Schläuchen 11 in Eingriff kommen und diese gegen die Anlagefläche des Stators 10 pressen, um den durch die Schläuche 11 hindurchtretenden Fluidstrom zu regulieren. Typischerweise werden die Rollen 13 von vorgespannten Hebeln 14 getragen, die für eine gleichförmige auf die Schläuche 11 ausgeübte Zusammenpreßkraft sorgen.

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Der Rotor 12 der Rollenpumpe nach den Fign. 1 und 2 wird mittels einer Rotorwelle 15 angetrieben, die ihrerseits mit einem Motor in Antriebsverbindung steht. In der in Fig. 1 veranschaulichten Stellung wird durch das Zusammendrücken des Schlauchs 11 mittels der oberen Rolle 13 auf den Rotor 12 eine Kraft ausgeübt, die nicht durch eine auf die untere Rolle 13 einwirkende entsprechende Kraft ausgeglichen oder kompensiert wird, weil die untere Rolle 13 außer Eingriff mit dem Schlauch 11 ist. Bei kleineren Einheiten« die eine relativ schwachbemessene Rotorwelle 15 aufweisen, kann dies zu einer Auslenkung der Rotorwelle 15 führen, wodurch der Schlauch 11 im Zusammenwirken mit der Anlagefläche des Stators 10 nicht vollständig zusammengepreßt wird. Dies kann ein Lecken im Bereich der oberen Rolle 13 und Ungenauigkeiten bezüglich des durch den Schlauch 11 hindurchtretenden Fluidstroms haben. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Fluid dem Schlauch unter Druck zugeführt wird. Es kann beispielsweise kritisch sein, wenn es sich bei dem Fluid um ein Arzneimittel handelt,, das mittels der Rollenpumpe abgegeben wird, wobei die Rollenpumpe die Aufgabe hat, die Menge des verabreichten Medikaments zu regulieren.

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Mit den vorliegend erläuterten Maßnahmen wird auf den Rotor eine Kompensations- oder Ausgleichskraft ausgeübt, wenn eine der Rotorrollen keine Preßwirkung auf den Schlauch oder die Schläuche der Rollenpumpe ausübt. Dies ist in Fig. 3 schematisch dargestellt« Die dort gezeigte Rollenpumpe weist einen Stator 20 mit im wesentlichen zylindrischer Anlagefläche 21 auf. Ein Schlauch 22 erstreckt sich von einem Statorschlaucheinlaß 23 zu einem Statorschlauchauslaß 24. Der Schlauch liegt dabei über der gebogenen Statoranlagefläche 21. Ein Rotor 25 trägt mehrere (im veranschaulichten Ausführungsbeispiel 2) Rollen 26, die in bekannter Weise um eine Mittelachse 27 rotieren, um den Schlauch 22 im Zusammenwirken mit der Anlagefläche

21 des Stators zusammenzupressen. Vorzugsweise wird der Schlauch in der im aufgeschnittenen Teil 28 angedeuteten Weise vollständig zusammengedrückt, um ein Lecken zu vermeiden. Die Rollen 26 können an Hebeln sitzen oder auf andere Weise federnd vorgespannt sein, um die Größe der auf den Schlauch 22 ausgeübten Zusammenpreßkraft zu regulieren. Die spezielle Ausgestaltung des Rotors 25 und der Rollen 26 bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Wenn Fluid in den Schlauch 22 in der mittels des Pfeils 29 angedeuteten Weise eintritt und der Rotor 25 sich in Richtung des Pfeils 30 dreht, wird das Fluid durch den Schlauch

22 hindurchgetrieben; das Fluid verläßt den Schlauch 22, wie

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dies mittels des Pfeils 31 angedeutet ist. Wenn sich dabei der Rotor der in Fig. 3 gestrichelt eingezeichneten Lage nähert, kommt die untere Rolle außer Eingriff mit dem Schlauch 22. Auf die obere Rolle wird durch den zusammengepreßten Schlauch eine Kraft ausgeübt, der, ohne besondere Vorkehrungen, keine Ausgleichs- oder Kompensationskraft gegenübersteht, die auf die untere Rolle einwirkt. Diese Kraft sucht den Rotor auszulenken, was zur Folge hat, daß der Schlauch 22 nur unvollständig zusammengepreßt wird. An der oberen Rolle 26 kann infolgedessen Fluid vorbeilecken. Bei der Pumpe gemäß Fig. 3 erfolgt jedoch ein Kräfteausgleich durch ein Ausgleichsstück oder eine Einlage 32, mit der die gestrichelt dargestellte untere Rolle 26 in Eingriff kommt. Dadurch wird auf die untere Rolle 26 eine Kraft ausgeübt, welche die Kraft kompensiert, mit der die obere gestrichelt dargestellte Rolle 26 durch den zusammengepreßten Schlauch 22 beaufschlagt wird. Die Einlage 32 wird von einem Widerlager 33 abgestützt und verjüngt sich ausgehend von ihrem Bereich größter Dicke (der über dem Widerlager 33 liegt) entsprechend der Ausgestaltung der Anlagefläche 21 und dem Grad der Kompression des darunterliegenden Schlauchs 22 in einfach bestimmbarer Weise. Die Einlage minimiert nicht nur Leckvorgänge, sondern sorgt auch für eine gleichförmigere Drehmomentbelastung des den Rotor 25 antreibenden Motors.

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Ansätze 35 stehen von der Einlage 32 ab; sie reichen zu dem Schlaucheinlaß 23 und dem Schlauchauslaß 24, um die Einlage 32 ungeachtet der Drehbewegung des Rotors 25 und der mit der Einlage in Kontakt kommenden Rollen 26 an Ort und Stelle zu halten. Außerdem helfen die Ansätze 35 mit, den Schlauch 22 im Bereich von Schlaucheinlaß 23 und Schlauchauslaß 24 in geeigneter Weise zu positionieren. Von der Einlage 32 geht ferner eine Auskleidung oder ein Futter 36 aus, die bzw. das mit der Einlage vorzugsweise einteilig verbunden ist. Das Futter legt sich zwischen dem Schlauch 22 und den Rollen 26 über den Schlauch. Das Futter 36 kompensiert Abmessungsabweichungen zwischen den Rotorrollen 26 ebenso wie Dimensionsschwankungen der Anlagefläche 21 und des Schlauchs 22 selbst. Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform kann das Futter 36 auch als von der Einlage 32 gesondertes Bauteil ausgebildet sein und über der Einlage 32 und dem Schlauch 22 liegen, um die genannten Funktionen zu erfüllen« Das Futter 36 kompensiert nicht nur Dimensionsabweichungen, sondern verhindert auch ein Aufschaben oder Aufkratzen des Schlauchs 22 durch die Rollen 26, Die von der Einlage 32, den Ansätzen 35 und dem Futter 36 gebildete Gesamtanordnung vermindert Flatterbewegungen des Schlauchs, die ebenso wie das Aufkratzen des Schlauchs 22 durch die Rollen 26 zu einem vorzeitigen Ausfall des Schlauchs führen könnten« Bei der

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bevorzugten, mit dem Futter 36 versehenen Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist die Dicke der Einlage in ihrem Bereich größter Dicke (beispielsweise die Dicke beim Pfeil 34) näherungsweise gleich der kombinierten Dicke des voll zusammengepreßten Schlauchs und des Futters 36. Dabei bildet das Widerlager 33 eine bogenförmige Fläche, die eine Fortsetzung der im wesentlichen zylindrischen Anlagefläche 21 darstellt. Die Einlage 32 und das Futter 36 können aus beliebigem zweckentsprechendem Werkstoff, beispielsweise Silikon, gefertigt sein.

Es sind zahlreiche Abwandlungen der insoweit erläuterten Anordnung möglich. Während in Fig. 4 die Einlage 32, die Ansätze 35 und das Futter 36 ein einteiliges Bauteil darstellen, zeigt Fig. 5 eine Ausführungsform, bei welcher nur die Einlage 32 und die Ansätze 35 zu einem Bauteil vereinigt sind. Die Anordnung gemäß Fig. 5 kann mit oder ohne gesondertes Futter angewendet werden. Dies hängt nur von dem beabsichtigten Anwendungsfall und den dort anzutreffenden Problemen ab. Im übrigen ist die beschriebene Lösung auch in Fällen anwendbar, bei denen das entsprechend dem Pfeil 29 in den Schlauch 22 eintretende Fluid unter Druck steht und die Drehbewegung des Rotors 25 die Aufgabe hat, die Fluidmenge zu regulieren, die man durch den Schlauch 22 im Stator 20 hindurchströmen läßt. Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel ist

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ein Drogenspender,, bei dem das abzugebende Arzneimittel unter Druck in einem Speicher gehalten wird und dem Schlauch 22 in der mittels des Pfeils 29 angedeuteten Weise zugeht. Die Rollenpumpe kann dabei die Aufgabe übernehmen, das Arzneimittel in einer Menge anzuliefern, die von dem Innendurchmesser des Schlauchs 22 und der Drehzahl des Rotors 15 bestimmt wird.

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Claims

PATENTANWALT DlPL-lNG".* GERHARD SCHWAN

ELFENSTRASSE 32 · D-8000 MÜNCHEN 83

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Ger, P-435

Medtronic, Inc.

3055 Old Highway Eight, Minneapolis,Minn.55440, V. St. A.

Ansprüche

l.J Medizinische Rollenpumpe mit einem Stator, der mindestens einen Statorschlaucheinlaß und einen Statorschlauchauslaß sowie eine bogenförmige Anlagefläche aufweist, mit mindestens einem entlang der Anlagefläche vom Schlaucheinlaß zum Schlauchauslaß verlaufenden Schlauch und einem um 360 drehbaren Rotor, der mehrere Rollen zum Zusammenpressen des Schlauchs unter Mitwirkung der Anlagefläche trägt, gekennzeichnet durch eine der Anlagefläche (21) gegenüberstehende Einlage (32), mittels deren auf den Rotor (25) eine Schlauchkompressions-Ausgleichskraft übertragbar ist»

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FERNSPRECHER: 089/6012039 · TELEX: 52 2589 dpa d · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

2. Medizinische Rollenpumpe nach Anspruch 1,. gekennzeichnet durch ein von der Einlage (32) ausgehendes und über dem mindestens einen Schlauch liegendes Futter (36).

3. Medizinische Rollenpumpe nach Anspruch l_t dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Einlage (32) im Bereich größter Dicke näherungsweise gleich der kombinierten Dicke des voll zusammengepreßten Schlauchs (22) und des Futters (30) ist.

4. Medizinische Rollenpumpe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch sich von der Einlage (32) aus zu dem Schlaucheinlaß (23) und dem Schlauchauslaß (24) erstreckende Ansätze (35).

5. Medizinische Rollenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Einlage (32) im Bereich größter Dicke näherungsweise gleich dem Abstand zwischen einer Rotorrolle (24) und der Anlagefläche (21) bei mittels der Rolle (26) voll zusammengepreßtem Schlauch (22) ist.

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ό. Medizinische Rollenpumpe nach Anspruch 5,. gekennzeichnet durch sich von der Einlage (32) aus zu dem Schlaucheinlaß (23) und dem Schlauchauslaß (24) erstreckende Ansätze (35).

7. Medizinische Rollenpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit der Einlage (32) einteilig verbundenes, über dem mindestens einen Schlauch (22) liegendes Kompensationsteil (36) zur Kornpensation von Variationen zwischen den Rotorrollen (2ό) sowie in der Anlagefläche (21) und dem Schlauch.

8. Medizinische Rollenpumpe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch sich von der Einlage (32) aus zu dem Schlaucheinlaß (23) und dem Schlauchauslaß (24) erstreckende Ansätze (35).

9. Medizinische Rollenpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Einlage (32) im Bereich größter Dicke näherungsweise gleich der kombinierten Dicke des voll zusammengepreßten Schlauchs (22) und des Kompensationsteils (36) ist.

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