DE4029250A1

DE4029250A1 - Vorrichtung zur erzeugung von druckstoessen in fluessigkeiten und/oder gasen

Info

Publication number: DE4029250A1
Application number: DE19904029250
Authority: DE
Inventors: Manfred Prof Dr Peschel; Frank Jurisch; Johannes Mueller; Peter Nuesser; Max Olschewski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1992-03-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckstößen in Flüssigkeiten und/oder Gasen und findet Anwendung als Peristaltikpumpe in der Medizintechnik bzw. allgemein bei physikalischen, biologischen und biochemischen Prozessen, die determiniert sind durch eine wohlbestimmte peristaltische Bewegung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckstößen in Flüssigkeiten und/oder Gasen zu schaffen, die in Aufbau und Wirkungsweise einfach, elektronisch flexibel steuerbar und als vielseitige Peristaltikpumpe verwendbar ist sowie kleine räumliche Abmessung, geringe mechanische Trägheit, geringe Reibung geringen Luftspalt, große Durchflußraten und besondere Pumpeffekte aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß einem elastomeren Schlauchstück, in das magnetische oder magnetisierbare Teilchen eingelagert sind und das von elektromagnetischen Treiberstufen umgeben ist, die in einem sich wiederholenden Vorgang nach einem vorgewählten, variabel steuerbaren Takt nacheinander entsprechend ihrer Reihenfolge durch Stromimpulse aktiviert werden können, somit eine peristaltische, z. B. frequenzmodulierte Bewegung aufgezwungen werden kann, ohne das entlang der Bewegungsrichtung der Flüssigkeit oder des Gases ein Druckabfall entstehen muß.

Die magnetelastische Peristaltikpumpe hat keine Begrenzung auf kleine Durchsätze, jedoch kleine räumliche Abmessungen, so daß dadurch eine breite Einsatzmöglichkeit erreicht wird. Das Stößelpumpenprinzip bzw. Rollenpumpenprinzip der bisher bekannten Lösungen wird durch das Ringmuskelprinzip ersetzt. Dadurch wird eine geringe mechanische Trägheit und eine geringe Reibung erreicht. Besondere Pumpeffekte werden dadurch erreicht, daß die magnetisierbaren oder magnetischen Teilchen im erregten Volumen in weitem Umfang beliebig angeordnet werden können in Verbindung mit der Herstellung des Schlauchringes.

Durch das Lösungsprinzip sind sehr geringe Luftspalte möglich, insbesondere bei einer Tangentialanordnung von hartmagnetischen Teilchen im magnetelastischen Schlauchring.

Der Schlauchring kann als Polyurethanelastkörper gefertigt werden. Als Polyurethanmaterial ist im Prinzip jede elastische Formulierung möglich, wobei der Aufbau des PUR nach dem Präpolymerverfahren besonders günstig erscheint. Geeignete Systeme sind z. B. isocyanatgruppenhaltige Präpolymere aus Polyhydroxylverbindungen der Molmasse 62-4000 und der Funktionalität 1,5-3, aromatischen oder aliphatischen Isocyanaten der Funktionalität 2-3 sowie Katalysatoren und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen. Dabei ist den Polyetherpolyolen der Vorzug zu geben. Die NCO- terminierten Präpolymere - in Lösung oder lösungsmittelfrei - härten entweder mit geeigneten mono- bzw. oligo-Polyolen bzw. Aminverbundungen oder andererseits mit Wasser (oder -dampf) als Kettenverlängerungsmittel unter Bildung von elastomerem PUR.

Erfindungsgemäß wird der Schlauch nach dem Präpolymerprinzip aufgebaut, und zwar aus mehreren aufeinanderfolgenden Schichten. Eine bevorzugte Ausführung der Polymerbildung durch Wasserkettenverlängerung wird wie folgt beschrieben:

Auf eine mit einem Trennmittel vorbehandelte Form wird ein solches NCO-terminiertes PUR-Präpolymer auf Basis Polyetherpolyol aufgebracht, das nach Kettenverlängerung durch Wasserdampf eine feste, elastische Schicht bildet. Darauf wird ein analoges Präpolymer aufgebracht, das in ausgehärtetem Zustand eine klebrig-haftende Oberfläche bildet. Auf dieser Schicht können die magnetischen Gegenpole positioniert werden. Hierbei können aktive hartmagnetische Pole (Nutzung anziehender und abstoßender Kräfte) oder weichmagnetische Pole (Nutzung der anziehenden Kräfte) Verwendung finden. Anschließend wird eine feste, elastische Abschlußschicht aufgebracht, so daß damit das beschriebene Schlauchstück hergestellt ist. Die Variabilität in der physikalischen Konsistenz der Schichten wird über den mittleren Verzweigungsgrad in der Polyolkomponente erreicht. Insgesamt entsteht eine zusammenhängende, nicht trennbare PUR-Matrix mit eingelagerten Elementen.

Das Ausführungsbeispiel wird in folgenden Figuren dargestellt:

Fig. 1: Mehrständeranordnung (2phasig),

Fig. 2: Querschnitt durch Schlauch und Ständer und

Fig. 3: Bewegungsablauf des Schlauches innerhalb der Magnettreiberstufe.

Die Magnettreiberstufe besteht aus einer Mehrständeranordnung von Klaueninnenpolmagnetkreisen mit Ringwicklung, die räumlich axial hintereinander angeordnet sind und vorzugsweise 2- oder 3phasig angesteuert werden. Die Anzahl der Statoren ist vorzugsweise so zu wählen, daß sich mindestens ein bis zwei Vollwellen der axial erzeugten Grundwellenbewegung innerhalb des aktiven Teils (Magnettreiberstufe) befinden. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Mehrständeranordnung, bestehend aus 8 Ständern, die aus weichmagnetischem Material (Tiefziehblech) gefertigt ist. Als Wicklung wurde Kupferlackdraht verwendet.

In diese Magnettreiberstufe eingelegt wird der wie folgt gefertigte Schlauch: Auf eine mit einem Trennmittel vorbehandelte Form wird ein solches NCO-terminiertes PUR- Präpolymer auf Basis Polyetherpolyol aufgebracht, das nach Kettenverlängerung durch Wasserdampf eine feste, elastische Schicht bildet. Darauf wird ein analoges Präpolymer aufgebracht, das in ausgehärtetem Zustand eine klebrig-haftende Oberfläche bildet. Auf dieser Schicht werden die aufmagnetisierten Magnete (NdFeB in den Abmessungen 10×2,5×1,5 mm) zu 16 Stück am Umfang mit alternierender Polung gleichmäßig und im aixalen Abstand der Einzelständerlänge zu 8 Stück axial fluchtend und gleichpolig angeordnet. Anschließend wird eine feste, elastische Abschlußschicht aufgebracht, so daß damit das beschriebene Schlauchstück hergestellt ist. Insgesamt entsteht eine zusammenhängende, nicht trennbare PUR-Matrix mit eingelagerten Elementen. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch Schlauch und Ständer.

Durch eine Logikschaltung (Taktimpulse und Verzögerungen) werden nacheinander Stromflüsse in den aufeinanderfolgenden Ständern ein- und ausgeschaltet, so daß der Effekt einer synchronen Anregung eines Pumpvorganges im Schlauch entsteht. Werden in dieser Weise alle Ständer der Mehrständeranordnung nacheinander durchgeschaltet, worauf der Schaltvorgang sofort mit dem ersten von vorn beginnt, so entsteht eine mit wenig Oszillationen behaftete Oszillationspumpe. Fig. 3 zeigt den Bewegungsverlauf des Schlauches schematisch in der Magnettreiberstufe (Amplitude stark überbetont dargestellt, beträgt max. 0,5 mm).

In den Figuren tragen die einzelnen Bauteile folgende Bezugsziffern:

Mehrständeranordnung 1, die einzelnen Ständer 2, deren linke Ständerhälfte 10 mit acht Polen 11 und deren rechte Ständerhälfte 12 mit acht Polen 13, die Wicklung 14, der Schlauch 20, die den Polen 11 der linken Ständerhälfte zugeordneten Magnete 22 und die den Polen 13 der rechten Ständerhälfte zugeordneten Magnete 24, wobei vorzugsweise der Nordpol der Magnete 22 den Polen 11 und der Südpol der Magnete 24 den Polen 13 zugewandt ist.

Claims

1. Anordnung zur Erzeugung radialer Druckstöße in Flüssigkeiten und Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß einem elastomeren Schlauchstück, in das magnetische oder magnetisierbare Teilchen eingelagert sind und das von elektromagnetischen Treiberstufen umgeben ist, die in einem sich wiederholenden Vorgang nach einem vorgewählten, variabel steuerbaren Takt nacheinander entsprechend ihrer Reihenfolge durch Stromimpulse aktiviert werden können, somit eine beliebige peristaltische, z. B. frequenzmodulierte Bewegung aufgezwungen werden kann, ohne das entlang der Bewegungsrichtung der Flüssigkeit oder des Gases ein Druckabfall auftreten muß und ohne daß eine starke mechanische Beanspruchung des Gases oder der Flüssigkeit entsteht.

2. Der elastomere Polyurethanschlauch wird in mehreren aufeinanderfolgenden Schichten durch kettenverlängernde Präpolymersysteme unterschiedlichen Verzweigungsgrades so aufgebaut, daß in einer mittleren haftenden Schicht die Schaltelemente positioniert werden können.

3. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetelastischen Teilchenringe variable Ruhelagen mit einem unterschiedlichen Radius besitzen, wobei die Mittelpunkte der entsprechenden Kreise weiterhin auf der Achse eines Kreiszylinders liegen.

4. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchdicken der konischen Verbindungsstücke aufeinanderfolgender Antriebsmoduln variierbare Konstruktionsparameter sind.

5. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des kreiszylindrischen Antriebsteils ein gebogenes Kurvenstück darstellt (Krümmerpumpe).

6. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß keine rein radialen Druckstöße erzeugt werden, sondern Druckstöße mit einer radialen Komponente, welche die erforderliche Volumenänderung bewirkt, und einer axialen Komponente zur Dehnung und Stauchung des elastischen Wandmaterials zum Aufbau der elastischen Rückstellkräfte, welche die Pumpelemente nach Abschalten des Spulenstroms in die Ruhelage zurückführen; die antreibenden Elemente können dabei in die Schlauchwandung integriert werden.