DE4029249A1 - Vorrichtung zur erzeugung dreidimensionaler druckstoesse in einem fluid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung drei­ dimensionaler Druckstöße in einem Fluid, die insbesondere Anwendung findet als Peristaltikpumpe in der Medizintechnik, bei chemischen, biologischen und/oder biochemischen Reakto­ ren und als Umwälzpumpe in gezielten Kreisläufen.

Bekannt ist aus der US-PS 44 49 893 eine Pumpe, bei der alle beweglichen Teile aus piezoelektrischem Material be­ stehen. Wegen der kleinen Auslenkungen der Piezokristalle haben diese Pumpen nur geringe Durchflußraten.

Weiterhin ist aus der US-PS 36 77 667 eine Vorrichtung be­ kannt, bei der sich ein Schlauch aus flexiblem Wandmaterial im Pumpkörper befindet, der von einer magnetischen Flüssig­ keit umströmt wird. Nachteilig ist hier, daß beträchtliche Magnetfelder angewendet werden müssen, da der Luftspalt der elektromagnetischen Treiber relativ groß ist und nicht variiert werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Pumpe, die in der Bauweise einfach und in der Anwendung vielseitig ist und den Transport von Flüssigkeiten oder Gasen über eine beliebig lange Strecke ohne Druckabfall ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Volumen aus einem offenporigen Schwammaterial, in das magnetische oder magnetisierbare Teilchen eingelagert sind, von mindestens einer Magnettreiberstufe umgeben ist, wobei die einzelnen Ringspulen in einem variabel steuer­ baren vorgewählten Takt nacheinander entsprechend ihrer Reihenfolge durch Stromimpulse aktivierbar sind, um dem Schwammaterial eine peristaltische Bewegung aufzuzwingen, die einen Transport eines in dem offenporigen Schwammaterial vorhandenen Fluids ohne Druckabfall bewirkt, wobei in den offenen Poren des magnetelastischen Schwammaterials zusätz­ lich oberflächenwirksame Katalysatoren eingelagert oder biologische Populationen angesiedelt werden können, um homogene Bioreaktoren ohne Rührwerk zu erreichen.

Als Schwammaterial können an sich bekannte offenzellige, elastomere Polymerschäume verwendet werden, in die bei ihrer Herstellung magnetische oder magnetisierbare Teil­ chen homogen oder in bestimmter Anordnung eingelagert werden. Als Magnettreiberstufen können beliebige Anord­ nungen von Elektromagneten Verwendung finden, die in ge­ wünschter Weise beschaltet werden können.

Die Anlagerung von oberflächenwirksamen Katalysatoren oder biologischen Populationen dient der Realisierung entsprechender chemischer, biologischer und biochemischer Reaktionsapparate, bevorzugt im kontinuierlichen Betrieb.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von schematischen Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Magnettreiberstufe mit Schlauch; und

Fig. 2 den Bewegungsablauf des Schwammaterials innerhalb der Magnettreiberstufe.

Die Magnettreiberstufe 1 besteht aus einer Vielzahl von Ringspulen 2, die kreissymmetrisch zur Achse 3 axial hintereinander angeordnet sind und vorzugsweise zwei- oder dreiphasig angesteuert werden. Die Anzahl der Ring­ spulen 2 ist so zu wählen, daß sich vorzugsweise mindestens ein bis zwei Vollwellen der axial ausgerichteten Grundwellen­ bewegung innerhalb der Magnettreiberstufe ausbilden können.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Magnettreiberstufe 1 mit acht Ringspulen 2. Als Wicklung wurde Kupferlackdraht verwendet. In die Magnettreiberstufe 1 eingelegt ist ein elastisches Schlauchstück 4, das innen mit magnetelastischem Schwammaterial 5 ausgefüllt ist, in das bei der Herstellung Fe-Pulver der Körnung 20-100 µm zu 50-80 Gewichtsprozent eingebracht wurde. Durch eine Logikschaltung (Taktimpulse und Verzögerungen) werden nacheinander Stromflüsse in den aufeinander folgenden Ringspulen 2 ein- und ausgeschaltet, so daß der Effekt einer synchronen Anregung eines Pumpvor­ ganges im Schlauch entsteht. Werden in dieser Weise alle Ringspulen 2 der Ringspulenanordnung nacheinander durch­ geschaltet, worauf der Schaltvorgang sofort mit der ersten Ringspule wieder von vorn beginnt, so entsteht eine peristaltische Schwammpumpe. Fig. 2 zeigt den Bewegungs­ verlauf des aus magnetelastischem Schwammaterial bestehenden Schlauches schematisch in der Ringspulenanordnung, wobei die Amplitude, die maximal 0.5 mm beträgt, stark überbetont dargestellt ist.

Wünscht man jedoch aus Gründen der physiologischen Wirksam­ keit einen Pumpvorgang, der aus einem Frequenzgemisch höherer Komplexität besteht, mit vielen Oberwellen, quasi­ chaotisch, so sind die Treiberstufen in Gruppen hinter­ einander anzuordnen und bei jedem Takt immer genau die Treiberstufe gleicher Position in jeder der Gruppen anzu­ regen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Druckstöße in einem Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß einem Volumen aus einem offenporigen Schwammaterial (5), in dem magnetische oder magnetisierbare Teilchen eingelagert sind und das von mindestens einer Magnettreiberstufe mit mehreren hintereinander angeordneten Ringspulen (2) umgeben ist, die in einem variabel steuerbaren vorgewählten Takt nacheinander entsprechend ihrer Reihenfolge durch Stromimpulse aktivierbar sind, eine vorzugsweise frequenz­ modulierte, peristaltische Bewegung aufgezwungen werden kann, ohne daß entlang der Bewegungsrichtung des Fluids ein Druckabfall entstehen muß.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Poren des magnetelastischen Schwammaterials (5) oberflächenwirksame Katalysatoren zur Durchführung chemischer Reaktionen eingelagert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Poren des magnetelastischen Schwammaterials (5) biologische Populationen zur Durchfüh­ rung biologischer und/oder biochemischer Reaktionen ange­ siedelt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein mit Mikroporen versehenes Schwammaterial (5) verwendet wird, das für Filtrations­ und Separierungszwecke einsetzbar ist.