DE3720666A1

DE3720666A1 - Roller pump for medical purposes

Info

Publication number: DE3720666A1
Application number: DE19873720666
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr Ing Schael
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1989-01-05

Abstract

The roller pump has rollers rotatably mounted on a rotor and a stator surrounding the rotor at least over part of its circumference and having an inner running surface, the distance between the running surface and the outer surface of each of the rollers occluding the tube being automatically adjusted so as to correspond to twice the wall thickness of the tube by a radially resilient bearing of the rotor axis relative to the stator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlauchpumpe in Form einer Rollen pumpe zum Pumpen von Blut oder zur Zu- und Abführung anderer Flüssigkeiten bei medizinischen Behandlungen, z. B. bei der Hämo dialyse, Hämofiltration, Peritonealdialyse und dergleichen.The invention relates to a hose pump in the form of a roller pump for pumping blood or for supplying and removing others Liquids in medical treatments, e.g. B. in hemo dialysis, hemofiltration, peritoneal dialysis and the like.

Rollenpumpen werden bei Verfahren der genannten Art in großem Umfang eingesetzt. Ihre Wirkungsweise beruht darauf, daß ein elastischer Schlauch, in dem sich das zu transportierende Medium befindet, durch bewegliche Rollen gegen eine feststehende Lauf fläche gedrückt wird, so daß der Schlauch im Bereich der Auf lagefläche einer Rolle verschlossen wird, und daß die so gebil deten Verschlußstellen (Okklusionsstellen) durch aktive Bewegung der Rollen längs der Lauffläche in der Transportrichtung längs des Schlauches verschoben werden, woraus sich eine entsprechende Bewegung des im Schlauch eingeschlossenen Mediums ergibt.Roller pumps are used in processes of the type mentioned in large Scope used. Their mode of action is based on the fact that a elastic hose in which the medium to be transported is located is located by moving rollers against a fixed barrel surface is pressed so that the hose in the area of the surface of a role is closed, and that the gebil Detection points (occlusion points) through active movement the rollers along the tread in the transport direction along of the hose are moved, resulting in a corresponding Movement of the medium enclosed in the hose results.

Bei der gebräuchlichen Bauart sind die Rollen auf einem angetriebenen Rotor angeordnet, und die Lauffläche ist die zylindrische Innenfläche eines den Rotor umgebenden feststehen den Teils, des Stators.In the common design, the roles are on one arranged driven rotor, and the tread is the cylindrical inner surface of one surrounding the rotor the part, the stator.

Für die Funktion dieser Pumpen ist es wichtig, den richtigen Abstand zwischen den Rollen und der Lauffläche einzuhalten. Dieser Abstand sollte der doppelten Wandstärke des Pumpenschlau ches entsprechen. Bei größerem Abstand ergibt sich kein voll ständiger Verschluß des Schlauches im Bereich der Auflagefläche der Rolle, so daß es zu einer partiellen Rückströmung des Mediums kommen kann. Die Fördergeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit der Rollen wird dadurch undefi niert. Beim Pumpen von Blut kann die hohe Geschwindigkeit des Rückstromes in dem gebildeten engen Spalt zur Schädigung von zellulären Blutbestandteilen (Hämolyse) führen. Bei zu geringem Abstand ergibt sich eine hohe mechanische Belastung (Walkbean spruchung) des Schlauchmaterials. Dadurch besteht die Gefahr vermehrten Partikelabriebs an der Innenwand des Schlauches und des vorzeitigen Verschleißes sowohl des Schlauches als auch des Antriebsmechanismus. Abgeriebene Partikel, die in den Blutkreis lauf gelangen, können zu einer Schädigung des Patienten führen.For the functioning of these pumps it is important to choose the right one Keep the distance between the rollers and the tread. This distance should be twice the wall thickness of the pump hose ches correspond. With a larger distance, there is no full permanent closure of the hose in the area of the contact surface the roller so that there is a partial backflow of the Medium can come. The conveyor speed depending the movement speed of the rollers becomes undefi kidney. When pumping blood, the high speed of the Backflow in the narrow gap formed to damage cause cellular blood components (hemolysis). With too little Distance there is a high mechanical load (Walkbean hose material. This creates the danger increased particle abrasion on the inner wall of the hose and the premature wear of both the hose and the Drive mechanism. Rubbed off particles that enter the bloodstream run can damage the patient.

Da die Wandstärken der Schläuche infolge herstellungsbedingter Toleranzen oder bei Verwendung von Schläuchen unterschiedlicher Abmessungen nicht immer gleich sind, wurden Rollenpumpen mit Einrichtungen zum Einstellen des Abstandes zwischen Rollen und Lauffläche ausgestattet. Die Wirksamkeit dieser Maßnahme setzt jedoch voraus, daß die Einstellung sorgfältig vorgenommen und nicht versehentlich unterlassen wird. Um diese Unsicherheit zu beseitigen, wurden weiterhin Rollenpumpen entwickelt (z. B. DT 25 35 650), bei denen die Rollen am Rotor federnd gelagert sind, so daß sie den Schlauch mit annähernd konstanter Kraft gegen die Lauffläche pressen. Bei geeigneter Dimensionierung wird hierdurch auch bei erheblich abweichenden Schlauchabmessungen ein stets vollständiger Verschluß im Bereich der Auflagefläche erreicht, ohne dabei das Schlauchmaterial übermäßig zu bean spruchen. Pumpen dieser Bauart sind heute weit verbreitet.Because the wall thicknesses of the hoses due to manufacturing Tolerances or when using hoses different Dimensions are not always the same, roller pumps have been using Means for adjusting the distance between rollers and Equipped tread. The effectiveness of this measure continues however, advance that the setting is made carefully and is not inadvertently omitted. To this uncertainty roller pumps were further developed (e.g. DT 25 35 650), in which the rollers are resiliently mounted on the rotor, so that the hose with approximately constant force against the Press tread. With suitable dimensioning as a result, even with significantly different hose dimensions always a complete closure in the area of the contact surface reached without overusing the hose material say. Pumps of this type are widely used today.

Ein Nachteil dieser zuletzt genannten Bauart von Rollenpumpen besteht jedoch noch darin, daß die federnde Lagerung der Rollen einen Mechanismus erfordert, der für jede Rolle aus mehreren Teilen (Rollenlager, Hebel, Hebellager, Feder, Anschlag) besteht. Dieser Mechanismus ist aus Funktionsgründen in die außenliegenden Teile des Rotors integriert und bildet zwangs läufig ein System von Flächen und Räumen, in dem sich Schmutz ansammelt, und das einer Reinigung nur schwer zugänglich ist. Insbesondere können sich dort Reste von Blut oder anderem infek tiösem Material festsetzen, was aus Gründen der Hygiene bedenk lich ist. Nachteilig sind auch die relativ hohen Kosten, die sich aus der komplizierten Struktur des Rotors bei der Herstel lung solcher Schlauchpumpen ergeben.A disadvantage of the latter type of roller pumps however, is still that the resilient mounting of the roles requires a mechanism that consists of several for each role Parts (roller bearings, levers, lever bearings, springs, stops) consists. This mechanism is used for functional reasons external parts of the rotor integrated and compulsory commonly a system of surfaces and spaces in which dirt accumulates, and is difficult to access for cleaning. In particular, residues of blood or other infectious substances can accumulate there fix toxic material, which is important for hygiene reasons is. Another disadvantage is the relatively high cost that result from the complicated structure of the rotor at the manufacturer result in such peristaltic pumps.

Die Erfindung bezweckt unter Berücksichtigung der oben erwähnten Probleme, eine Rollenpumpe für medizinische Zwecke zu schaffen, bei der der Ausgleich von Schlauchtoleranzen mit geringem kon struktivem Aufwand und ohne gegen Verschmutzung anfällige, im äußerem Bereich des Gerätes liegende Mechanismen erfolgt.The invention aims at taking into account those mentioned above Problems creating a roller pump for medical purposes where the compensation of hose tolerances with low con structural effort and without susceptible to pollution, in Mechanisms located outside the device.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Hauptlager des Rotors gegenüber dem fest mit einem Gehäuse oder einer Frontplatte verbundenen Stator elastisch gelagert ist, wobei die Rollen in an sich bekannter Weise am Rotor unelastisch gelagert sind.This object is achieved according to the invention in that the Main bearing of the rotor opposite the fixed with a housing or a stator connected to a front plate is mounted elastically, the rollers being inelastic on the rotor in a manner known per se are stored.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Abbildungen ausführli cher dargestellt. Aus dieser Darstellung ergeben sich auch weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung bei verschie denen Ausgestaltungen. Von den Abbildungen zeigtThe invention is hereinafter based on the figures shown. This representation also shows further properties and advantages of the invention at various those designs. From the pictures shows

Fig. 1 einen Schnitt durch den Rotor und den Stator einer Rollenpumpe gemäß der Erfindung, Fig. 1 shows a section through the rotor and the stator of a roller pump according to the invention,

Fig. 2 ein Schema einer Rollenpumpe gemäß der Erfindung einschließlich der Antriebseinrichtung, Fig. 2 is a diagram of a roller pump according to the invention, including the driving means,

Fig. 3 ein Beispiel für die antriebsseitige Lagerung der Antriebswelle, Fig. 3 shows an example of the drive-side bearing of the drive shaft,

Fig. 4 eine teilweise aufgeschnittene Frontansicht des Pumpenkopfes.
Fig. 4 is a partially cut front view of the pump head.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Form des Pumpenkopfes, bestehend aus Rotor und Stator, hat der Grundkörper des Rotors 1 im wesentli chen die Form einer Scheibe, die verdrehungssicher mit der An triebswelle 2 verbunden ist. Der Grundkörper trägt eine oder mehrere Rollen 3, die in geeigneter Weise, z. B. auf Zapfen 4, drehbar gelagert sind. Die Gestaltung des Rotors und der Rollen mit ihrer Lagerung ist nur als einfaches Beispiel dargestellt und kann in an sich bekannter Weise zweckmäßig abgewandelt werden (z. B. Einrichtungen zum Lösen des Rotors, doppelseitige Lagerung der Rollen usw.). Der Rotor ist von dem Stator 5 umge ben, der zumindest auf einem Teil seines inneren Umfanges eine zylindrische Lauffläche 5 a aufweist. Zwischen der Lauffläche und den Rollen ist der Schlauch 6 eingelegt. Der Abstand zwischen der Lauffläche und der Außenfläche der Rollen ist so gewählt, daß er im Ruhezustand (bei nicht eingelegtem Schlauch) weniger als die doppelte Schlauchwandstärke beträgt. Von wesentlicher Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Lagerung des Rotors. Erfindungsgemäß ist der Rotor gegenüber dem fest mit einem Gehäuse oder einer Frontplatte verbundenen Stator elastisch gelagert, und zwar so, daß eine elastische radiale Auslenkung des Rotors ermöglicht wird. Dadurch paßt sich der Abstand zwischen der Lauffläche des Stators und der Außenfläche der Rollen selbsttätig dem eingelegten Schlauch an. Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist zu diesem Zweck das Hauptlager 7 des Rotors durch einen Federkörper 8 gegenüber dem Stator 5 abge stützt. In dem gezeigten Beispiel besteht der Federkörper aus einem ringförmigen Gummiteil, dessen Federcharakteristik (radiale Auslenkung in Abhängigkeit von der radial einwirkenden Kraft) von der geeigneten Wahl des Materials und des Quer schnittsprofils bestimmt wird. Vorteilhaft ist dabei, daß das Gummiteil zugleich die Abdichtung zwischen dem Hauptlager und dem Stator bewirkt.In the form of the pump head shown in Fig. 1, consisting of the rotor and stator, the base body of the rotor 1 has in Chen wesentli the shape of a disc which is connected to the drive shaft 2 against rotation. The base body carries one or more rollers 3 , which in a suitable manner, for. B. on pin 4 , are rotatably mounted. The design of the rotor and the rollers with their mounting is only shown as a simple example and can be appropriately modified in a manner known per se (e.g. devices for releasing the rotor, double-sided mounting of the rollers, etc.). The rotor is of the stator 5 vice ben, which has at least part of its inner circumference a cylindrical tread 5 a . The hose 6 is inserted between the tread and the rollers. The distance between the running surface and the outer surface of the rollers is chosen so that it is less than twice the hose wall thickness in the idle state (when the hose is not inserted). In this context, the bearing of the rotor is essential. According to the invention, the rotor is mounted elastically relative to the stator which is fixedly connected to a housing or a front plate, in such a way that an elastic radial deflection of the rotor is made possible. As a result, the distance between the running surface of the stator and the outer surface of the rollers automatically adapts to the inserted tube. In the arrangement shown in Fig. 1, the main bearing 7 of the rotor is supported abge by a spring body 8 relative to the stator 5 for this purpose. In the example shown, the spring body consists of an annular rubber part, the spring characteristic (radial deflection depending on the radially acting force) is determined by the suitable choice of material and the cross-sectional profile. It is advantageous that the rubber part also effects the seal between the main bearing and the stator.

Fig. 2 zeigt schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gesamtaufbaues der Rollenpumpe einschließlich des Antriebes. Die elastische Verschiebung des Rotors soll möglichst eine reine Radialverschiebung sein, so daß die Rotorachse parallel zur Bezugsachse des Stators bleibt. Aus Gründen der Konstruktions vereinfachung wurde bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel diese Forderung nicht streng eingehalten, sondern eine gleichzeitige Kippbewegung des Rotors zugelassen. Dies ist für die Funktion unschädlich, solange der Kippwinkel (zwischen der Rotorachse und der Bezugachse des Stators) klein bleibt. Um dies zu erreichen, ist die Antriebswelle des Rotors entsprechend lang ausgeführt, so daß der Abstand zwischen dem elastisch geführten Hauptlager 7 und dem festen antriebsseitigen Lager 8 ein Mehrfaches - vorzugsweise das 2 bis 6fache - des Rotordurchmessers beträgt. In die Antriebswelle ist in der Nähe des Antriebslagers 9 eine Gelenkkupplung 10 (Kardangelenk) eingefügt, um die Kipp bewegung des rotorseitigen Teils der Welle nicht auf den antriebsseitigen Teil zu übertragen. Bei sehr kleinen Kipp winkeln kann die Gelenkkupplung 10 jedoch entfallen. Der Antrieb erfolgt durch einen Motor 11 mit einem Getriebe 12. Dabei ist der Getriebeausgang entgegen der bei anderen Rollenpumpen üblichen Weise vom Pumpenkopf abgewandt, so daß trotz der großen Länge der Welle 2 ein raumsparender Aufbau erreicht wird. Die Kraftübertragung vom Ausgang des Getriebes 12 erfolgt durch das Zahnradpaar 13, 14, das außerdem eine zusätzliche Drehzahlunter setzung bewirkt. Aufgrund der Raumverhältnisse ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, diese relativ hoch belasteten Zahn räder robust auszubilden. Die Platte 15, an der das antriebs seitige Lager 9 und der Motor mit dem Getriebe 12 befestigt sind, ist über eine nur vereinfacht angegebene Tragekonstruktion 16 mit der Frontplatte 17 verbunden, an der wiederum der Stator 5 befestigt ist. Fig. 2 shows schematically a preferred embodiment of the overall structure of the roller pump including the drive. The elastic displacement of the rotor should, if possible, be a purely radial displacement, so that the rotor axis remains parallel to the reference axis of the stator. For reasons of design simplification, this requirement was not strictly met in the exemplary embodiment shown, but rather a simultaneous tilting movement of the rotor was permitted. This is not detrimental to the function as long as the tilt angle (between the rotor axis and the reference axis of the stator) remains small. In order to achieve this, the drive shaft of the rotor is made correspondingly long, so that the distance between the elastically guided main bearing 7 and the fixed drive-side bearing 8 is a multiple - preferably 2 to 6 times - of the rotor diameter. In the drive shaft in the vicinity of the drive bearing 9, an articulated coupling 10 (universal joint) is inserted in order not to transmit the tilting movement of the rotor-side part of the shaft to the drive-side part. At very small tilt angles, the articulated coupling 10 can be omitted. It is driven by a motor 11 with a gear 12 . In this case, the transmission output faces away from the pump head in the manner conventional in other roller pumps, so that a space-saving construction is achieved despite the great length of the shaft 2 . The power transmission from the output of the transmission 12 takes place through the gear pair 13, 14 , which also causes an additional speed reduction. Due to the spatial conditions, there is the advantageous possibility of making these relatively highly loaded toothed wheels robust. The plate 15 , on which the drive-side bearing 9 and the motor with the gear 12 are fastened, is connected to the front plate 17 via a support structure 16 , which is only simplified, to which the stator 5 is in turn fastened.

Unter Verzicht auf die Gelenkkupplung kann das antriebsseitige Lager der Welle 2 auch in der in Fig. 3 gezeigten Form ausgebil det werden. Die Lagerbuchse 9 a hat eine kugelige Außenfläche, die von einer entsprechend geformten äußeren Pfanne 9 b aufgenom men wird. Hierbei wird anstelle der Zahnräder 13, 14 vorzugs weise ein Zahnriementrieb eingesetzt, der gegen geringfügige Achsverlagerungen unempfindlich ist.Without the articulated coupling, the drive-side bearing of the shaft 2 can also be configured in the form shown in FIG. 3. The bearing bush 9 a has a spherical outer surface which is received by a correspondingly shaped outer pan 9 b men. Here, instead of the gears 13, 14 preference, a toothed belt drive is used, which is insensitive to slight axis displacement.

Fig. 3 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Frontansicht des Pumpenkopfes bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Die Bezeichnung der Teile entspricht den Angaben in den vorausgegan genen Abbildungen. Es handelt sich um eine Rollenpumpe mit 3 Rollen und einem Umschlingungswinkel von etwas über 120 Grad. Die besonderen Merkmale der Erfindung sind auch bei Schlauch pumpen mit mehr als 3 Rollen bei eventuell entsprechend verklei nertem Umschlingungswinkel anwendbar sowie bei Rollenpumpen mit einer Rolle und einem Umschlingungswinkel von etwas über 360 Grad. Fig. 3 shows a partially cut front view of the pump head in a preferred embodiment. The designation of the parts corresponds to the information in the previous illustrations. It is a roller pump with 3 rollers and a wrap angle of just over 120 degrees. The special features of the invention can also be used for hose pumps with more than 3 rollers with a possibly correspondingly reduced wrap angle, and for roller pumps with a roller and a wrap angle of a little over 360 degrees.

Die Erfindung ist auch in anderen Merkmalen nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Dies gilt z. B. für die Gestaltung der elastischen Abstützung des Hauptlagers, für die auch Federelemente aus Metall in Betracht kommen, sowie für die Einrichtungen, mit denen die Rotorachse im wesentlichen parallel zur Bezugsachse des Stators geführt wird.The invention is not limited to the other features described embodiments limited. This applies e.g. B. for the design of the elastic support of the main bearing, for which spring elements made of metal can also be considered, and for the devices with which the rotor axis essentially is guided parallel to the reference axis of the stator.

Claims

1. Roller pump for medical purposes with a rotor, which carries one or more rotatably mounted rollers, and a stator fixedly connected to a housing or a front plate with an at least on a part of the inner circumference curved circular tread, characterized in that for guiding the rotor drive shaft ( 2 ) relative to the stator ( 5 ) and the front plate ( 17 ) certain main bearing ( 7 ) is elastically mounted so that a radial deflection of the rotor axis relative to the stator is possible.

2. Roller pump according to claim 1, characterized in that the main bearing ( 7 ) is supported by a spring body ( 8 ) against the stator for elastic mounting.

3. Roller pump according to claim 2, characterized in that the spring body ( 8 ) is an annular rubber part, which at the same time causes the seal between the main bearing ( 7 ) and the stator ( 5 ).

4. Roller pump according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the rotor drive shaft ( 2 ) is a multiple - preferably 2 to 6 times - of the rotor diameter and the main bearing facing away from the drive-side bearing ( 9 ) over substantially rigid construction members ( 15, 16, 17 ) is connected to the stator.

5. Roller pump according to claim 4, characterized in that in the rotor drive shaft ( 2 ) in the vicinity of the drive-side bearing ( 9 ) an articulated coupling ( 10 ) is inserted.

6. Roller pump according to claim 4, characterized in that the drive-side bearing ( 9 ) is pivotally mounted ( Fig. 3).