DE4295020C2 - Pumpe für biologische Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Pumpe für biologi­ sche Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Pumpe ist aus der DE-OS 21 62 998 bekannt.

Pumpen zum Fördern von biologischen Flüssigkeiten, wie z. B. Blut, sind seit langem bekannt. Die Funktion dieser Pumpen beruht darauf, daß beim Drehen eines Arbeitskopfes ein oder mehrere Rollenelemente über das elastische Rohr in Förder­ richtung der Flüssigkeit laufen, wodurch das Rohr an der Stelle, wo es mit den Rollen in Berührung kommt, zusammen­ gedrückt wird. Die Verlagerung der Einschnürungsstelle der lichten Weite des Rohres führt dazu, daß die Flüssigkeit über das Rohr ebenso durchgestoßen wird, wie der Durchstoß z. B. eines Nahrungsmittelbreis bei der Peristaltik (bei pe­ riodischer wellenförmiger Kontraktion) des Darmes erfolgt. Analog dazu werden die Pumpen dieses Typs auch als "peri­ staltische Pumpen" bezeichnet.

Das Hauptproblem, das die genannten Pumpen lösen müssen, besteht darin, daß ein wirksames Überpumpen von Blut mit gewünschtem Förderstrom (Volumen je Zeiteinheit) bei mini­ malem Einfluß dieser Pumpen auf die überzupumpende biologi­ sche Flüssigkeit gewährleistet werden muß. Die letzte For­ derung ist besonders deswegen wichtig, weil das Blut Blut­ zellen, insbesondere Erythrozyten enthält, die bei mechani­ schen Einwirkungen (Schlägen, Erschütterungen, Vibrationen usw.) leicht zerstört werden. Der Zerfall eines Teils der Blutzellen (welcher auch "Hämolyse" genannt wird), der beim Überpumpen (Transfusion) von Blut zum Patienten unvermeid­ lich auftritt, führt insbesondere zu einer unerwünschten Erscheinung, z. B. zu einem nach der Transfusion entstehen­ den Fieber, das als Reaktion des Organismus auf die im Blut gelösten Stoffe auftritt, die aus den bei der Bluttransfu­ sion zerstörten Erythrozyten und anderen Blutzellen ausge­ schieden worden sind. Eine solche Reaktion des Organismus des Patienten ist um so stärker, je größer das zum Patien­ ten überzupumpende Blutvolumen ist. Je kritischer der Zu­ stand des Patienten ist und je mehr Blut zur Transfusion benötigt wird, desto gefährlicher ist die erwähnte uner­ wünschte Erscheinung. Dieses Problem wird durch die Pumpen in bedeutendem Maße gelöst, bei denen das Überpumpen von Blut ohne heftige mechanische Einwirkungen "peristaltisch" erfolgt. Jedoch ist das vorstehend genannte Problem bisher nicht vollständig gelöst, weil sogar bei Verwendung von vollkommensten Bluttransfusionsapparaten die Mediziner von Zeit zu Zeit immer die Entstehung eines Fiebers bei den Pa­ tienten nach erfolgtem Überpumpen bedeutender Blutvolumen feststellen und daher gezwungen sind, zusätzliche Anstren­ gungen zur Behebung dieser Folgen zu machen.

Insbesondere ist in der US 3 447 478 eine "peristaltische" Pumpe zur Förderung von Blut beschrieben, bei der die einen Rollenelemente ein zum Überpumpen einer Flüssigkeit verwen­ detes Rohr völlig abklemmen und die anderen Rollenelemente zur Regelung des Volumens der überzupumpenden Flüssigkeit in einer Zeiteinheit durch unvollständige Einschnürung der lichten Weise des Rohres dienen.

In der US 4 012 177 ist eine ähnliche Pumpe für denselben Verwendungszweck offenbart, in der eine verbesserte Bauart des Rohres benutzt ist, die zur Verringerung der Hämolyse beim Überpumpen von Blut über dieses Rohr beiträgt.

Diese bekannten Peristaltik-Pumpen können jedoch keine vollständige Behebung der Hämolyse gewährleisten. Es be­ steht daher ein dringendes Bedürfnis, eine Pumpe zu schaf­ fen, die imstande ist, Blut praktisch ohne Zerstörung von Blutzellen (ohne "Hämolyse") zu fördern. Darüber hinaus ist bei den bekannten Pumpen ein verhältnismäßig häufiger Wech­ sel des Rohres wegen dessen Abnutzung erforderlich, was dem Benutzer zusätzliche Probleme bereitet.

Aus der DE 31 12 902 A1 ist eine Rollenpumpe bekannt, bei der ein oder mehrere Schläuche mittels mehrerer von einem umlaufenden Rotor getragener Rollen gegen eine bogenförmige Statoranlagefläche gepreßt und zusammengedrückt werden. Bei dieser Rollenpumpe sind an dem Rotor zwei gegenüberliegende Rollen jeweils gleich beabstandet von der Drehachse des Ro­ tors vorgesehen. Durch die beiden Rollen soll der Schlauch jeweils in gleicher Weise und zwar möglichst vollständig zusammengedrückt werden, um ein Lecken zu vermeiden.

Bei einer in der DE-OS 22 04 800 offenbarten Peristaltik- Schlauchpumpe sind auf einem Rotor abwechslungsweise Druck- und Führungsrollen angeordnet. Die Druckrollen sind zur An­ passung an unterschiedliche Schläuche verstellbar ausgebil­ det.

In der US 3 737 251 ist eine Rollenpumpe offenbart, an de­ ren Rotor eine Vielzahl gleichwinklig beabstandeter Lager­ stifte für die Andruckrollen angeordnet sind, wobei jeder Stift eine Rolle zum Zusammenpressen eines Schlauchs mit kleinem Durchmesser und jeder zweite Stift eine breitere Andruckrolle zum Zusammendrücken eines weiteren Schlauchs mit großem Durchmesser aufweist.

Aus der eingangs erwähnten DE-OS 21 62 998 ist eine gattungsgemäße Pumpe für biologische Flüssigkeiten bekannt, die einen in Förderrich­ tung der Flüssigkeit drehbaren Arbeitskopf mit paarweise angeordneten Rollen umfaßt. Bei dieser bekannten Schlauch­ pumpe ist die jeweils vordere Rolle jedes Rollenpaares eine Führungsrolle, durch die der Schlauch zwischen die Vertie­ fungen an den jeweiligen Druckrollen geführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zu schaffen, die die Möglichkeit bietet, Blut unter minimalem Einfluß auf dessen Blutzellen effektiv überzupumpen und ei­ ne Erhöhung der Betriebssicherheit der Pumpe durch Vermin­ derung der Abnutzungsgeschwindigkeit ihres Rohres ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs in gelöst.

Die beanspruchte Pumpe ermöglicht das Überpumpen von Blut ohne vollständiges Abklemmen des elastischen Rohres und damit ohne Zerstörung von Blutzellen, ohne daß dabei der Mengenstrom der Pumpe gesenkt wird. Durch eine erste hydraulische Druckwelle, die durch die erste Rolle des Rol­ lenelementes erzeugt wird, wird vor der ersten Rolle ein Bereich mit erhöhtem Druck gebildet, wobei der Wert dieses Drucks niedriger als ein solcher im Bereich vor der zweiten Rolle sein soll, die eine geringere lichte Weite im elasti­ schen Rohr zuläßt. Durch die dabei erreichte stufenlose Drucksteigerung wird die Beschädigung von Blutzellen auf ein Minimum gebracht.

Die Unteransprüche geben Ausführungsarten der Erfindung an.

Vorzugsweise ist zwischen dem genannten Rohr und den Rol­ lenelementen eine Zwischenlage aus biegsamem Material ange­ ordnet, deren eine Seite eine Wälzfläche für die genannten Rollen ist und deren andere Seite am Rohr anliegt. Diese Zwischenlage stellt ein Band aus elastischem Material dar, obwohl sie auch ring- oder zylin­ derförmig gestaltet sein kann.

Die genannten Rollenelemente können unmittelbar am Arbeits­ kopf montiert sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind diese Rollenelemente jedoch über einem Lenker mit dem Arbeitskopf verbunden.

Es ist für den Benutzer bequem, daß die Pumpe mit einer Einrichtung zur Regelung des Zusammendrückungsgrades des genannten Rohrs versehen ist, die vorzugsweise am Arbeits­ kopf angebracht ist. Eine solche Einrichtung kann ein dreh­ barer und arretierbarer Exzenter sein, der mit dem Arbeits­ kopf gleichachsig angeordnet ist und mit dem Rollenelement (bzw. den Rollenelementen) zusammenwirkt.

Arretiermittel des obengenannten Exzenters können einfache Arretierelemente, wie z. B. Stifte oder Kugeln sein.

Die - in Drehrichtung gesehen - vordere Rolle des Rollen­ elementes ist vorzugsweise noch mit einer (zweiten)- Ein­ richtung zur Regelung des Zusammendrückungsgrades des Roh­ res zur Einstellung der Positionierung dieser Rolle in be­ zug auf den Lenker versehen. Bei dieser Ausführungsform ist es am bequemsten, die erwähnte zweite Einrichtung als Form- oder geradlinige Nut im Lenker einzuarbeiten, um die Achse der in der Bewegungsrichtung vorderen Rolle aufzunehmen.

Selbstverständlich kann die beanspruchte Pumpe im Sinne einer Vergrößerung der Anzahl von Arbeitsköpfen in einer Pumpe weiterentwickelt werden, so daß eine Blutpump­ station für mehrere Patienten geschaffen werden kann. Ein Beispiel einer solchen Weiterbildung der Erfindung ist im letzten Teil (Fig. 7) der folgenden Beschreibung veranschaulicht, bei welcher die Pumpe zwei Rohre und zwei Arbeitsköpfe aufweist.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Pumpe in einer teilweise geschnittenen Ge­ samtansicht mit abgenommenem Seitendeckel;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Pumpe in Fig. 1;

Fig. 3 eine zum Teil ausgeschnittene Darstellung eines Exzenterwerkes einer Einrichtung zur Regelung des Zusammendrückgrades eines Rohrs durch die Rollen;

Fig. 4 eine Scheibe zur Handeinstellung der Lage des Ex­ zenters, in einer Ansicht längs der Linie B-B in Fig. 3;

Fig. 5 eine Rückansicht des Lenkers längs der Linie C-C in Fig. 3;

Fig. 6 eine zweite Einrichtung zur Einstellung der Posi­ tionierung der in der Bewegungsrichtung vorderen Rolle und

Fig. 7 in schematischer Darstellung eine andere Ausfüh­ rungsvariante der Pumpe in Form einer Station mit zwei Rohren und zwei Arbeits­ köpfen, die einen gemeinsamen Antrieb aufweisen.

In Fig. 1 ist eine Gesamtansicht der Pum­ pe schematisch dargestellt, während in Fig. 2 ein Schnitt durch dieselbe gezeigt ist. Aus diesen Zeichnungen ist er­ sichtlich, daß in einem Gehäuse 1, das eine zylindrische Bohrung 2 aufweist, ein elastisches Rohr 3 verlegt ist, das zur Durchleitung einer biologischen Flüssigkeit (Blut) dient und aus einem für derartige Vorrichtungen herkömmli­ chen Material, das auf die überzupumpende Flüssigkeit keine Einwirkung ausübt und einer mehrmaligen Sterilisation un­ terworfen werden kann, z. B. aus Silikon, gefertigt ist.

Zur sicheren Haltung des Rohres 3 in einer festgelegten La­ ge sind im Gehäuse herkömmliche, dafür geeignete Mittel, z. B. Ausnehmungen oder Kanäle vorhanden, die mit den Maßen des Rohres übereinstimmen und durch Ausbohren oder in einer anderen Weise hergestellt sind. Im Inneren des Gehäuse 1 ist ein auf einer Welle 4 sitzender und in Förderrichtung der Flüssigkeit (d. h. in Fig. 1 im Uhrzeigersinn) drehbarer Arbeitskopf 5 untergebracht.

Der Arbeitskopf 5 ist in dieser Ausführungsform mit zwei symmetrisch angeordneten Rollenelementen 6 versehen.

Jedes Rollenelement 6 enthält mindestens zwei Rollen 7 und 8, die hintereinander so eingebaut sind, daß die in der Drehrichtung des Arbeitskopfes 5 vorherge­ hende Rolle 7 (im weiteren als "erste Rolle" bezeichnet) eine größere lichte Weite im Rohr 3 zuläßt als eine solche, die durch die nachfolgende Rolle 8 (weiter "zweite Rolle" genannt) desselben Rollenelementes gewährt wird. Dieses Merkmal ist in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform durch geeignete Anbringung der Achsen der ersten und zweiten Rolle 7 bzw. 8 an Hebeln 9 eines Lenkers 10, der diese Rollen mit dem drehbaren Arbeitskopf verbin­ det, realisiert. Das Vorhandensein des Lenkers 10 ist vorteilhaft auch zur Erleichterung der Einstellung des Abstandes der Rol­ lenelemente 6 zum Arbeitskopf 5 in der Weise, daß mit den Rollen 7, 8 eine geforderte Verminderung der lichten Weite des Rohres 3 an der Berührungsstelle vorgenommen wird und der Abstand l₁ größer als der Abstand l₂ ist.

Ohne weiteres ist auch eine Pumpe vorstellbar, bei der die genannte Bedingung für die Ände­ rung der lichten Weite des Rohres 3, d. h. l₁ < l₂ anders, z. B. durch unterschiedliche Durchmesser der Rollen 7 und 8 erfüllt wird.

Es ist ebenfalls möglich, mehr als zwei Rollen in jedem Rollenelement zu verwenden, weil auch mit einer größeren Anzahl der Rollen die Bedingung l₁ < l₂ realisierbar ist. Bei Vermehrung der Anzahl der Rollen in jedem Rollenelement (bis drei und darüber) ist als einziges Kriterium die Zweckmäßigkeit einer solchen Mo­ dernisierung unter Berücksichtigung konstruktiver Besonder­ heiten einer konkreten Pumpe (z. B. ihrer Abmessungen) in Betracht zu ziehen.

Der Arbeitskopf 5 ist abnehmbar ausgeführt, sitzt auf einer Welle 4 und wird an dieser mit Hilfe eines Gewindeelementes (einer Mutter 11) befestigt und weist eine Nut 12 (s. Fig. 5) zur Übertragung eines Drehmomentes des Arbeits­ kopfes auf den Lenker 10 auf.

In Fig. 3 ist eine Einrichtung zur Einstellung des Zusam­ mendrückungsgrades des Rohres 3 mittels der Rollen 7, 8 ab­ gebildet, welches in Form eines Exzenterwerkes ausgeführt ist, das einen gleichachsig mit dem Arbeitskopf 5 montier­ ten Exzenter 13 und Mittel zur Drehung und Arretierung des­ selben enthält. Der Exzenter 13 ist auf seiner Achse 14 um einen gewissen Winkel mit Hilfe einer handbetätigten Schei­ be 15 mit einer Riffelung 16 für die Finger des Benutzers (s. Fig. 1) schwenkbar und in einer solchen Stellung mit­ tels Kugeln 17 arretierbar, die in die Öffnungen (bzw. Aus­ nehmungen) 18 der Arretierscheibe 15 (s. Fig. 2 und 4) ein­ rasten. Diese Arretieröffnungen 18 sind auf einer Kreisli­ nie der Scheibe 15 mit einer bestimmten Kreisteilung, z. B. einer solchen verteilt, die einem Betrag der radialen Ver­ schiebung des Rollenelementes 6 entspricht, der sich auf 0,15 mm beläuft. Die Lage des Exzenters 13, Lageänderungen desselben und damit Änderungen des Abstandes des Rollenele­ mentes 6 zur Innenfläche 2 des Gehäuses 1 können mit Hilfe einer durch ein in der Scheibe 15 vorgesehenes Fenster 20 sichtbaren Skala 19 kontrolliert werden.

Der schwenkbare Exzenter (Kurvenkörper) 13 wirkt mit den Hebeln 9 der Rollenelemente 6 zusammen. Die genannten Hebel sind (mit Federn 21) federbelastet und am Lenker 10 in Ach­ sen 22 drehbar gelagert. Somit wird bei der Schwenkung der Arretierscheibe 15 um einen gewünschten Winkel, der an der im Fenster 20 der Scheibe 15 sichtbaren Skala 19 überwacht wird, eine Schwenkung des Exzenters 13 bewirkt, so daß die Hebel 9 versetzt werden, wodurch sich eine gewünschte Ände­ rung des Zusammendrückungsgrades des Rohres 3 mittels der Rollen 7, 8 ergibt.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsvariante der Pumpe gezeigt, bei der sie mit einer Zwischenlage 23 und einer zweiten Einrichtung zur Einstellung der Lage der ersten Rolle 7 versehen ist. Zwischen dem Rohr 3 und den Rollenelementen 6 liegt die Zwischenlage 23 aus biegsamem Material, deren eine Seite als Wälzfläche für die Rollen 7 und 8 dient und deren andere Seite am Rohr 3 anliegt. Die genannte Zwischenlage trägt zur Verringerung der Abnutzung des Rohres 3 bei, vermeidet ein Auftreten von das Rohr deh­ nenden (streckenden) Kräften, gewährleistet eine stoßfreie­ re wellenförmige Formänderung der Wände des Rohres 3 beim Abwalzen der Rollen über das Rohr. Die zweite (zusätzliche) Einrichtung zur Einstellung der Lage der ersten Rolle 7 ist eine Nut 24, die im Hebel 9 eingearbeitet ist. In der Nut 24 ist eine zur ersten Rolle 7 gehörende Achse 25 in einer gewünschten Stellung arretierbar angeordnet. Das Element 25 kann auch als Exzenter ausgebildet sein, was dem Benutzer zusätzliche Möglichkeiten bei der Einstellung der Pumpe bietet. Durch die Richtung der Nut 24, welche geneigt und nicht radial ist (wie es z. B. bei der in der US 3 447 478 beschriebenen Pumpe der Fall ist), sind dem Benutzer zusätz­ liche Vorteile gegeben, weil dadurch eine erhöhte Einstel­ lungsgenauigkeit erzielt werden kann. Überdies gewährlei­ stet diese zweite Einstelleinrichtung auch den Vorteil, daß die Regelung der Lage der ersten Rolle 7 ohne Änderung der Lage der zweiten Rolle 8 es ermöglicht, einen Betrag l (l = l₁ - l₂) zur Erzeugung einer laminaren Flüssigkeitsströmung im Rohr ohne Wirbelun­ gen und Kavitation in dem Bereich auszuwählen, wo das Rohr durch die Rollen 7, 8 zusammengedrückt wird. Die in der Be­ schreibung behandelten Einstelleinrichtungen gestatten es, das Anwendungsgebiet der beanspruchten Pumpe zu erwei­ tern und diese universeller zu machen, weil hierbei eine einfache Einstellung der Pumpe bei Änderung des Viskosi­ tätsfaktors der Flüssigkeit, der Strömungsgeschwindigkeit sowie beim Wechsel des Rohres möglich ist, bei welcher der Elastizitätsgrad des Rohres, dessen Durchlaßquerschnitt usw. geändert werden können.

Schließlich ist in Fig. 7 eine Blutpumpstation gezeigt, die auf der Basis der beanspruchten Pumpe aufgebaut ist. In diesem Fall werden durch einen zentralen Antrieb 26 zwei symmetrisch angeordnete Arbeitsköpfe 6′ und 6′′ in Drehung versetzt, die das Blut über Rohre 3′ bzw. 3′′ überpumpen. Es ist selbstverständlich, daß auch mehr als zwei Arbeitsköpfe und Rohre in Frage kommen können.

Claims (13)

1. Pumpe für biologische Flüssigkeiten mit einem Gehäuse (1), in dem mindestens

• - ein elastisches Rohr (3) zur Durchleitung einer bio­ logischen Flüssigkeit und
• - ein in Förderrichtung der Flüssigkeit drehbarer Ar­ beitskopf (5) mit mindestens einem Rollenelement (6) zum Zusammendrücken des Rohrs (3) angeordnet sind, wobei das oder jedes Rollenelement (6) mindestens zwei hintereinander angeordnete Rollen (7, 8) ent­ hält,

dadurch gekennzeichnet, daß die in Drehrichtung des Arbeitskopfes (5) vorangehen­ de Rolle (7) des oder jedes Rollenelements (6) eine Druckrolle ist, durch die das elastische Rohr (3) auf eine größere lichte Weite als durch die nachfolgende Rolle (8) zusammengedrückt wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elastischen Rohr (3) und dem oder jedem Rollenelement (6) eine biegsame Zwischenlage (23) an­ geordnet ist, deren eine Seite als Wälzfläche für das oder jedes Rollenelement (6) dient und deren andere Seite am Rohr (3) anliegt.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenlage (23) ein elasti­ sches Band ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (7, 8) über einen Lenker (10) mit dem Arbeitskopf (5) verbunden sind.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie eine im Bereich des Arbeitskopfs (5) angeordnete Einrichtung (13) zur Einstellung des Zusammendrückgrades des elastischen Rohrs (3) durch die Rollen (7, 8) aufweist.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) zur Einstellung des Zusammendrückgra­ des des elastischen Rohrs (3) am Lenker (10) angeord­ net ist.

7. Pumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) zur Einstellung des Zusammen­ drückgrades des elastischen Rohrs (3) ein drehbarer und arretierbarer Exzenter ist, der gleichachsig mit dem Arbeitskopf (5) angeordnet ist und mit dem oder jedem Rollenelement (6) zusammenwirkt.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Exzenter (13) ein Arretiermechanismus (15, 17, 18) vorgesehen ist.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in der Drehrichtung vordere Rol­ le (7) des oder jedes Rollenelements (6) eine Einrich­ tung (24, 25) zur Einstellung der Positionierung die­ ser Rolle (7) in bezug auf einen Hebel (9) des Lenkers (10) aufweist.

10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung der Positionierung der vorderen Rolle (7) als eine im Hebel (9) des Lenkers (10) angeordnete Nut (24) zur Aufnahme einer Achse der vorderen Rolle (7) ausgebildet ist.

11. Pumpe nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (25) zur Einstellung der Positionierung der vorderen Rolle (7) als Exzenter ausgebildet ist.

12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie zwei Rohre (3) und zwei Arbeits­ köpfe (5) mit einem gemeinsamen Antrieb aufweist.