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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruck-Pumpenkassette und ein Verfahren
zur Herstellung und zur Anwendung der Pumpenkassette, und insbesondere
betrifft die Erfindung Pumpenkassetten und Verfahren zum Pumpen
oder zur Infusion einer Flüssigkeit
zum Körper
eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument,
um eine medizinische Behandlung durchzuführen.
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Herkömmlicherweise
erfordern typische medizinische und chirurgische Verfahren die Infusion oder
das Pumpen von Flüssigkeit
zum Körper
eines Patienten oder zu einem medizinischen oder chirurgischen Instrument,
um ein medizinisches Verfahren durchzuführen, wobei ein relativ geringer
Flüssigkeitsdruck
eingesetzt wird, zum Beispiel Drücke
der Flüssigkeit
von unter 0,69 MPa (100 psig). Dementsprechend sind typische medizinische
und chirurgische Flüssigkeitsinfusionseinrichtungen
oder Pumpeinrichtungen nicht darauf konfiguriert oder nicht dazu
in der Lage, sehr hohe Flüssigkeitsdrücke zu erzeugen,
zum Beispiel Flüssigkeitsdrücke von
oberhalb 6,90 MPa (1000 psig) und bis zu 344,74 MPa (50000 psig).
Solche herkömmlichen
medizinischen Infusionen und Pumpenanwendungen umfassen zum Beispiel
die Infusion von Medikamenten zu einem Körper eines Patienten, das Pumpen
bzw. Zuführen
von Salzlösungen
oder anderen Lösungen
zu Spülinstrumenten
für die
chirurgische Spülung,
das Pumpen von Blut und anderen Körperflüssigkeiten während chirurgischen
oder medizinischen Prozeduren usw. Eine breite Vielfalt an Pump-
und Infusionssystemen, die für
solche Anwendungen entworfen und konfiguriert worden sind, von denen
viele abnehmbare und wegwerfbare Pumpenkassetten umfassen, sind
gut bekannt und einfach verfügbar.
Solche Pumpensysteme und Pumpenkassetten umfassen auch die, die
auch Peristaltik- oder Schlauchpumpen einsetzen, sowie eine breite
Vielfalt an Membranpumpen und Faltkammerpumpen und Niedrigdruckkolbenpumpen.
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Pumpensysteme,
die zur Erzeugung von sehr hohen Fluiddrücken eingesetzt werden, zum Beispiel
in dem oben erwähnten
Hochdruckbereich, wurden typischerweise und primär für industrielle Pumpenanwendungen
eingesetzt. Solche Pumpensysteme setzen typischerweise Fluidpumpen
ein, die nicht besonders gut geeignet sind für medizinische Anwendungen,
da sie zum Beispiel mechanisch komplex und/oder teuer sind oder
schwierig herzustellen und zu montieren sind, sowie sie aus Materialien
konstruiert sind oder Arbeitsfluide einsetzen, die physiologisch
oder biologisch nicht kompatibel sind, und sie verwenden Pumpenkomponenten,
die nicht wegwerfbar oder abnehmbar sind, von einem teueren wiederverwendbaren
Pumpenantriebssystem, so dass sie Pumpenkomponenten einsetzen, die
nicht einfach zu reinigen und/oder zu sterilisieren sind.
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Typische
Pumpensysteme aus keiner der oben genannten Kategorien (zum Beispiel
die medizinische Infusion mit relativ geringem Druck und Pumpensysteme
mit relativ geringem Druck, sowie Hochdruckindustriepumpensysteme)
sind insbesondere gut geeignet für
Anwendungen, umfassend medizinische oder chirurgische Flüssigkeitspumpen,
die einen hohen Flüssigkeitspumpendruck
erfordern, zum Beispiel oberhalb von 6,90 Mpa (1000 psig) und bis
zu etwa 344,74 MPa (50000 psig). Solche Anwendungen umfassen das
Pumpen von Flüssigkeiten
zu chirurgisches Werkzeugen zum Ausführen von Hochdruckflüssigkeitsschnitten
und/oder Hochdruckflüssigkeitsabtragen
zur Durchführung
von minimal invasiven oder offenen chirurgischen Eingriffen, zum
Beispiel wie in den
US-Patenten,
Nr. 5871462 ,
5944686 ,
6216573 und
6375635 des Anmelders beschrieben, sowie
zur Zuführung
einer Flüssigkeit
unter hohem Druck zu einem chirurgischen Instrument unter Einsatz
eines Flüssigkeitsdüsenangetriebenen
Motors zum Antrieb eines chirurgischen Schneidmessers und anderer
chirurgischen Werkzeuge, wie zum Beispiel in der anhängigen
US Patentanmeldung Nr. 09/480500 des
Anmelders beschrieben.
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Dementsprechend
verbleibt eine Nachfrage bei Pumpensystemen und Verfahren zum Pumpen und
zur Infusion von Flüssigkeiten
und Fluiden mit hohem Druck, um medizinische und chirurgische Behandlungen
durchzuführen,
die Pumpenkassetten mit verbesserter Verfügbarkeit, verbesserter Sterilisierungsfähigkeit,
mechanischer Einfachheit, einfacher Herstellung und/oder niedrigen
Stückkosten
einzusetzen. Die vorliegende Erfindung schafft mit einigen Ausführungsformen
solche verbesserten Pumpsysteme und Pumpenkassetten, und schafft
darüber hinaus
Verfahren zu deren Einsatz bei medizinischen oder chirurgischen
Pump- oder Infusionsanwendungen.
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Es
ist auch aus der
US-A-5370609 bekannt, eine
Pumpenkassette zu schaffen, die einen Zylinder und eine Kolbenstange
hat, wobei der Zylinder und die Kolbenstange derart konstruiert
und angeordnet sind, dass sie in Bezug zueinander relativ verschiebbar
sind, sowie die Pumpenkassette ein Dichtelement umfasst, welches
derart konstruiert und angeordnet ist, dass es eine druckdichte
Abdichtung in dem Zylinder erzeugt, so dass die relative Verlagerung
der Kolbenstange zu dem Zylinder den Druck einer Flüssigkeit
innerhalb des Zylinders auf einen Druck von zumindest 6,90 MPa (1000
psig) erhöht.
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Eine
Pumpenkassette nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, dass das Dichtelement einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt aufweist,
der aus einem nichtelastomeren Material besteht, so dass er bei
der Verschiebung der Kolbenstange mit Bezug zu dem Zylinder im wesentlichen
irreversibel verformt wird.
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Es
ist auch aus der
US-A-5370609 bekannt, ein
Verfahren zur Zuführung
einer Flüssigkeit,
die unter hohem Druck steht, zu einem chirurgischen oder medizinischen
Instrument zu schaffen, wobei das Zuführen einer Flüssigkeit
zu der Pumpenkassette umfasst ist, die darin einen Zylinder und
eine Kolbenstange umfasst, derart konstruiert und angeordnet, dass
diese relativ zueinander und mit Bezug zueinander verschiebbar sind,
sowie die Pumpenkassette ein Dichtelement aufweist, welches derart
konstruiert und angeordnet ist, dass eine druckdichte Abdichtung
innerhalb des Zylinders erzeugt wird, wobei beim Vorsehen einer
relativen Gleitbewegung zwischen der Kolbenstange und dem Zylinder
der Druck der Flüssigkeit
innerhalb des Zylinders auf einen Druck von zumindest 6,90 MPa (1000
psig) erhöht wird,
und Weiterleiten der unter Druck gesetzten Flüssigkeit von der Pumpenkassette
zu dem chirurgischen oder medizinischen Instrument, um eine medizinische
Behandlung auszuführen.
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Bei
der Pumpenkassette nach der vorliegenden Erfindung ist das Dichtelement
derart geformt, dass es einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt umfasst,
geformt aus einem nichtelastomeren Material und das Verfahren umfasst
den Schritt der im wesentlichen irreversiblen Verformung des aufgeweiteten
Dichtflanschelements, wenn die Kolbenstange relativ zu dem Zylinder
gleitet.
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Verschiedene
kompakte Strömungswegkomponenten
sind in den Ausführungsformen
der Pumpenkassette beschrieben, umfassend eine Y-förmige Konfiguration,
eine T-förmige
Konfiguration und eine axiale Konfiguration. Einige bevorzugte Ausführungsformen
umfassen Kolben, die ein Ventil umfassen oder zumindest teilweise
ausbilden und/oder umfassen Kolben, die mit Bezug zu einer Kolbenstange relativ
verlagerbar sind, mit der sich verbunden sind. Gemäß einem
weiteren Aspekt schafft die Erfindung Ventile umfassend einen Ventilsitz
und ein bewegbares Dichtelement, um eine Abdichtung zu erzeugen, die
dazu in der Lage ist einen Unterschied von darüber anliegenden Fluiddrücken von
zumindest 6,90 Mpa (1000 psig) zu widerstehen und in einigen Ausführungsformen
bis über
68,95 MPa (10000 psig) zu widerstehen, ohne eine wesentlichen Leckage
des Fluids dort hindurch. Bei einigen Ausführungsformen ist das bewegbare
Dichtelement in der Form konkav und kann auch gekrümmt ausgebildet
sein, um einen mechanischen Vorteil zu erreichen, um die Abdichtung
bzw. Dichtleistung zu verbessern. Nach einem noch weiteren Aspekt
der vorliegenden Erfindung werden Verfahren geschaffen, zur Herstellung
von axial konfigurierten Pumpenkassetten aus Röhren mit dünnen Wänden, sowie nach einem anderen
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Verfahren zum Pumpen
oder zur Infusion einer Flüssigkeit
geschaffen werden, die dem Körper
eines Patienten zugeführt
wird, oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument
geleitet wird, zur Durchführung
einer medizinischen Behandlung, zum Beispiel unter Einsatz der oben
erwähnten
Pumpenkassetten und Pumpsysteme.
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Nach
einem Gesichtspunkt wird eine Reihe von Verfahren zum Pumpen oder
Infusionieren einer Flüssigkeit
zur Zuführung
zu dem Körper
eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument
beschrieben werden. Ein Verfahren umfasst die Zuführung einer
Flüssigkeit
zu einer Pumpenkassette, umfassend darin einen Zylinder und einen
Kolben, der derart konstruiert und angeordnet ist, dass er relativ
zu dem Zylinder verschiebbar ausgebildet ist. Die Pumpenkassette
umfasst ein Abdichtungsbauteil bzw. ein Dichtelement, welches geformt
ist, um einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt zu umfassen, der
derart konstruiert und angeordnet ist, dass eine fluiddichte Abdichtung
innerhalb der Pumpenkassette während
des Betriebs erzeugt wird. Das Verfahren umfasst weiterhin das Verschieben
des Kolbens relativ zu dem Zylinder, um so den Druck der Flüssigkeit
in dem Zylinder zu erhöhen,
auf einen Druck von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) und Weiterströmen lassen
des unter Druck stehenden Fluids von der Pumpenkassette zu dem Körper eines
Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument,
um eine medizinische Behandlung auszuführen. Nach einer Ausführungsform ist
das Dichtelement an dem Kolben positioniert und nach einer anderen
Ausführungsform
ist das Dichtelement an dem Zylinder positioniert. Nach einer noch anderen
Ausführungsform
umfasst die Pumpenkassette ein Ventil, umfassend einen Sitz, woran
das Dichtelement angebracht ist.
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Die
Ausführungsformen
werden nun beschrieben, unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
schematische Querschnittansicht einer Pumpenkassette zeigt, die
eine Y-förmige
Konfiguration aufweist;
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2A eine schematische perspektivische Ansicht des
Hauptkörperabschnitts
der Pumpenkassette nach der 1 zeigt;
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2B eine Querschnittansicht des Hauptkörperabschnitts
der Pumpenkassette nach der 2A zeigt,
entlang der Linie 2B-2B gesehen;
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2C eine Querschnittansicht des Bereichs zeigt,
der durch die kreisförmigen
Pfeile 2C-2C an dem Hauptkörper
der Pumpenkassette bezeichnet ist, die in der 2B gezeigt ist;
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3 eine
vergrößerte Querschnittansicht der
Kolben/Kolbenstange-Anordnung der Pumpenkassette nach der 1 zeigt;
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4A eine schematische Querschnittansicht einer
Ausführungsform
eines Kolbens zeigt;
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4B eine schematische Querschnittansicht einer
weiteren Ausführungsform
eines Kolbens zeigt;
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4C eine schematische Querschnittansicht einer
noch weiteren Ausführungsform
eines Kolbens zeigt;
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5A eine vergrößerte Querschnittansicht eines
Ventilsitzes der Pumpenkassette nach der 1 zeigt;
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5B eine schematische Querschnittansicht des Ventilsitzes
nach der 5A zeigt, gesehen entlang der
Linie 5B-5B;
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5C eine schematische Querschnittansicht des Abschnitts
zeigt, der durch die kreisförmigen
Pfeile 5C-5C an dem Ventilsitz nach der 5B bezeichnet
ist;
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5D eine vergrößerte schematische
Ansicht einer weiteren Ausführungsform
eines Ventilsitzes zeigt;
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5E eine schematische Querschnittansicht des Ventilsitzes
nach der 5D zeigt, gesehen entlang der
Linie 5E-5E;
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5F eine schematische Querschnittansicht einer
weiteren Ausführungsform
eines Ventilsitzes zeigt;
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6A eine schematische perspektivische Ansicht einer
mechanischen Pumpenantriebseinheit und einer Aufnahmestruktur zeigt,
im operativen Zusammenwirken mit der Pumpenkassette nach der 1;
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6B eine schematische Explosionsdarstellung der
Aufnahmestruktur nach der 6A zeigt,
dargestellt in einer offenen Konfiguration, vor dem Einsetzen der
Pumpenkassette nach der 1;
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7 eine
schematische Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform
der Pumpenkassette mit einer T-förmigen
Konfiguration zeigt, mit einer Darstellung eines Abschnitts eines
wiederverwendbaren Pumpenantriebssystems, zum Gebrauch beim Betrieb
der Pumpenkassette;
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8A eine schematische perspektivische Ansicht eines
Abschnitts einer mechanischen Pumpenantriebseinheit zeigt, umfassend
eine Aufnahmestruktur, entworfen zum Ankuppeln der Pumpenkassette
nach der 7 in einer operativen Konfiguration;
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8B eine schematische Querschnittansicht der Pumpenkassette
nach der 7 zeigt, wenn diese installiert
ist, nämlich
in einem operativen Zusammenwirken mit der Aufnahmestruktur nach
der 8A;
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9A eine schematische Querschnittansicht einer
Ausführungsform
einer axial konfigurierten Pumpenkassette zeigt;
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9B eine schematische Ansicht des Einsatzes der
axial konfigurierten Pumpenkassette nach der 9A in
einer ersten Orientierung zeigt;
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9C eine schematische Ansicht des Einsatzes der 9B zeigt, gesehen von oben;
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10A eine schematische Querschnittansicht eines
Abschnitts einer weiteren Ausführungsform
einer axial konfigurierten Pumpenkassette zeigt;
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10B eine schematische Ansicht eines Einsatzes
der Pumpenkassette nach der 10A zeigt,
gesehen von oben;
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10C eine schematische Ansicht des Einsatzes nach
der 10B zeigt, gesehen von unten;
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11A eine schematische Querschnittansicht einer
axial konfigurierten Pumpenkassette, umfassend einen Ventilkolben,
zeigt;
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11B eine schematische Querschnittansicht einer
weiteren Ausführungsform
einer axial konfigurierten Pumpenkassette zeigt, die einen Ventilkolben
umfasst;
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11C eine schematische Querschnittansicht eines
Abschnitts einer alternativen Ausführungsform einer Kolben- und
Kolbenstangen-Anordnung zeigt, die einen Ventilkolben umfasst;
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11D eine schematische Querschnittansicht eines
Abschnitts einer Ausführungsform
einer Kolben-Kolben-Anordnung zeigt, die zwei Ventile darin umfasst;
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12A eine schematische Querschnittansicht einer
axial konfigurierten Pumpenkassette zeigt, umfassend einen verschiebbaren
Kolben, der ein Einlaßventil
der Pumpenkassette ausbildet;
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12B eine schematische Ansicht einer Einlaßleitungsklammerkomponente
der Pumpenkassette nach der 12A zeigt;
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12C eine schematische Explosionsdarstellung eines
Halteelements des Kolbens und eines Verbindungsstiftes der Pumpenkassette
nach der 12A zeigt;
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12D eine schematische Querschnittansicht eines
Abschnitts der verschiebbaren Kolben-Kolben-Anordnung der Pumpenkassette
nach der 12A zeigt, mit einem Einlaßventil
in einer geschlossenen Konfiguration;
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12E eine schematische Querschnittansicht der verlagerbaren
Kolben-Kolben-Anordnung nach
der 12D zeigt, wobei sich das Einlaßventil in
einer offenen Konfiguration befindet;
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12F eine vergrößerte schematische Querschnittansicht
des verlagerbaren Kolbens der Pumpenkassette nach der 12A zeigt;
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13 eine schematische Ansicht einer alternativen
Ausführungsform
der Pumpenkassette nach der 12A zeigt;
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14 eine schematische Explosionsdarstellung einer
Aufnahmestruktur einer mechanischen Pumpenantriebseinheit zeigt,
die derart konfiguriert ist, dass sie mit einer axial konfigurierten
Pumpenkassette zusammenkoppelbar ist;
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15A eine schematische Querschnittansicht einer
weiteren Ausführungsform
eines Kolbens zeigt;
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15B eine schematische Ansicht einer noch weiteren
Ausführungsform
eines Kolbens zeigt;
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16 eine schematische Querschnittansicht einer
Pumpenkassette zeigt, die teilweise aus einer dünnwandigen Röhre geformt
ist;
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17A eine schematische Querschnittansicht einer
Pumpenkassette zeigt, wobei ein Dichtflansch an einem Zylinder angebracht
ist;
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17B eine schematische Querschnittansicht einer
weiteren Ausführungsform
einer Pumpenkassette zeigt, wobei eine Dichtkomponente an einem
Zylinder angebracht ist;
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17C eine schematische Querschnittansicht eines
Kolbens und einer Zylinderwand zeigt, umfassend ein Dichtelement;
und
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17D eine schematische Querschnittansicht einer
Zylinderwand zeigt, umfassend ein Dichtelement.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Pumpenkassette, die in einer
Vielzahl von Anwendungen einsetzbar ist, wie etwa Fluidpumpen, Fluidzufuhr oder
Fluidinfusion. Die Pumpenkassette, die nach der vorliegenden Erfindung
entworfen worden ist, konstruiert und konfiguriert, um austauschbare und/oder
wegwerfbare Pumpenkassetten zu umfassen, ist abnehmbar mit einer
wiederverwendbaren mechanischen Pumpenantriebseinheit zu koppeln. Die
Pumpenkassetten sind ebenso vorzugsweise aus Materialien und Bauteilen
konstruiert, die preiswert und einfach zu sterilisieren sind. Als
solches sind die Pumpenkassetten, die nach der vorliegenden Erfindung
geschaffen sind, vorteilhafterweise beim Pumpen, bei Infusionen,
bei der Fluidzufuhr usw. einsetzbar, wobei eine sterile oder reine
Fluidhandhabung wichtig ist und wobei Wegwerfbarkeit, Verfügbarkeit
und Austauschbarkeit der Pumpenkomponenten, die durch das Prozessfluid
benetzt sind, erforderlich oder erwünscht ist. Dementsprechend
sind die Pumpenkassetten, die hier beschrieben sind, besonders gut
geeignet für
Anwendungen die zum Beispiel das Pumpen und die Weiterleitung von
Nahrung umfassen und insbesondere für Verfahren, die das Pumpen
oder die Infusion einer Flüssigkeit
zur Zufuhr zu dem Körper
eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument
umfassen.
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Wie
diskutiert, umfassen die allgemein bekannten Pumpensysteme wegwerfbare
Pumpenkassetten, die zur Anwendung beim medizinischen oder chirurgischen
Pumpen oder Infusionsanwendungen entworfen worden sind. Diese Systeme
sind jedoch, wie oben erwähnt,
im allgemeinen auf einen relativ niedrigen Druck beim Pumpen oder
den Infusionsanwendungen beschränkt
(zum Beispiel auf weniger als 0,69 MPa (100 psig)). Wie es weiter
unten im Detail noch beschrieben wird, ermöglichen es bevorzugte Ausführungsformen
der Pumpenkassetten nach der vorliegenden Erfindung, Fluidpumpdrücke zu erzeugen,
die zumindest 6,90 MPa (1000 psig) und in einigen bevorzugten Ausführungsformen
zumindest 34,47 MPa (5000 psig), in einigen anderen bevorzugten
Ausführungsformen
zumindest 55,16 MPa (8000 psig), in anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest
103,42 MPa (15000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 137,90
MPa (20000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 206,84
MPa (30000 psig), und in noch anderen Ausführungsformen zumindest 344,74
MPa (50000 psig) betragen, während
diese immer noch einfach abnehmbar und austauschbar sind, und zwar
von einer mechanischen Pumpenantriebseinheit, sowie sie aus Materialien
konstruiert sind und Konstruktionsmethoden eingesetzt sind, so dass
die Kosten pro Einheit niedrig sind, so dass die Pumpenkassetten
derart konfiguriert und entworfen sind, dass sie nach einem einzigen
Gebrauch weggeworfen werden können.
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Die
Pumpenkassetten, die nach der vorliegenden Erfindung geschaffen
werden, sind insbesondere gut geeignet für Verfahren, die das Pumpen von
Flüssigkeiten
mit hohem Druck zu Instrumenten umfassen, zur Erzeugung oder Verwendung
eines Fluids oder Flüssigkeitsstrahls,
zur Ausführung
einer medizinischen oder chirurgischen Prozedur. Zum Beispiel können die
Pumpensysteme und Pumpenkassetten, die hier beschrieben werden,
gut geeignet beim Einsatz zur Weiterleitung von Flüssigkeiten
unter hohem Druck zu chirurgischen oder medizinischen Instrumenten
verwendet werden, zum Beispiel zu chirurgischen Werkzeugen, die
entfernt von der Pumpenkassette positioniert sind und damit in Fluidverbindung
stehen, nämlich über einen
längeren
flexiblen Schlauch, der zumindest eine Düse umfassen kann, um einen
Flüssigkeitsschneidestrahl
auszubilden und/oder der ein Flüssigkeitsdüsenausbildungsteil
eines hydrodynamischen Motors umfassen kann, um ein chirurgisches
Werkzeug anzutreiben, zum Beispiel ein Schneidwerkzeug oder ein
Abreibewerkezeug. Bei einigen Ausführungsformen können die Pumpenkassetten
bei einem Verfahren zum Pumpen von Flüssigkeiten zu einem flüssigkeitsstrahlbildenden
chirurgischen Werkzeug eingesetzt werden, und zum Richten des Flüssigkeitsstrahls,
der durch das Werkzeug ausgebildet wird, auf Gewebe eines Patienten,
zum Schneiden, Abtragen, Delaminieren, Abreiben, Emulgieren und/oder
Aufweichen des Gewebes. Bei anderen Ausführungsformen kann die Pumpenkassette
eingesetzt werden bei einem Verfahren zum Pumpen von Flüssigkeiten
zu einem flüssigkeitsstrahlgetriebenen
chirurgischen Werkzeug, das einen Flüssigkeitsstrahl einsetzt, um
ein rotierendes oder abtragendes Werkzeug anzutreiben. Beispielhafte
chirurgische Instrumente, die einen Flüssigkeitsstrahl einsetzen und/oder
erzeugen, um diese in unterschiedlichen chirurgischen Prozeduren
einzusetzen, die insbesondere gut angepaßt sind an den Einsatz mit
den Pumpensystemen und Pumpenkassetten, die nach der vorliegenden
Erfindung vorgesehen werden, sind in den
US Patenten, Nr. 5944686 ;
6216573 und
6375635 des Anmelders und in den ebenfalls
anhängigen
US Patentanmeldungen Nr. 09/480500 und
09/480762 des Anmelders
beschrieben.
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Es
ist dabei so zu verstehen, dass, obwohl die Pumpenkassetten, wie
hier beschrieben, besonders gut geeignet sind für die oben erwähnten chirurgischen
oder medizinischen Anwendungen, die Hochdruckflüssigkeitssträhle einsetzen,
die Pumpensysteme und Pumpenkassetten, die gemäß der vorliegenden Erfindung
geschaffen werden, auch für
andere Zwecke eingesetzt werden können, insbesondere wenn die
Zufuhr von Fluiden unter hohem Druck erwünscht ist und wenn es gewünscht ist,
eine austauschbare und/oder wegwerfbare Pumpenkassette einzusetzen,
um das Fluid sauber und steril zu behandeln, wobei die Kosten pro
Einheit relativ niedrig sind. Der Fachmann kann leicht erkennen,
dass zahlreiche Anwendungen möglich
sind, in der Lebensmittel-Industrie, der Pharmazeutischen Industrie
und auch in anderen Industrien, dort wo solche Pumpensysteme und
Pumpenkassetten vorteilhafter eingesetzt werden können.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Pumpenkassetten, die gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen werden, sind als Kolbenpumpenkassetten ausgebildet,
die darin einen Zylinder und einen Kolben aufweisen, der derart
konstruiert und angeordnet ist, dass er gleitend sich bewegen kann und/oder
innerhalb des Zylinders hin und her bewegt wird. Der Begriff „Kolben", wie hier benutzt,
bezieht sich auf ein Bauteil einer Pumpenkassette, das eine Oberfläche hat,
die durch die Flüssigkeit
benetzt wird, oder auf ein Fluid, dass durch die Pumpenkassette
gepumpt wird, und das konfiguriert ist, innerhalb des Zylinders
eine gleitende Bewegung auszuführen, wobei
das Bauteil eine Kraft auf die Flüssigkeit bzw. das Fluid in
dem Zylinder ausübt,
wodurch dessen Druck und/oder kinetische Energie erhöht wird.
Ein „Fluid" gemäß dem vorliegenden
Text kann eine Flüssigkeit,
ein Gas, ein superkritisches Fluid, eine Suspension, eine wässrige Lösung oder
jede Mischung aus diesen vorher genannten Stoffen sein und bezieht
sich auf einen thermodynamischen Zustand des Materials, welches
sich in den Bereichen des Zylinders befindet, bei einer bestimmten
Temperatur und einem bestimmten Druck, bei dem die Pumpenkassette
im Betrieb benutzt wird. Bei typischen Ausführungsformen, zum Beispiel
solche, die das Pumpen oder die Infusion von Materialien zu dem
Körper
eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument
umfassen, wird das Fluid gepumpt oder infusioniert, wobei das Fluid
eine Flüssigkeit
ist, die eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck hat,
bei dem die Pumpenkassette betrieben wird. Typischer weise, wenn
die Pumpenkassette für
chirurgische oder medizinische Zwecke eingesetzt wird, umfasst die
Flüssigkeit
eine medizinisch, biologisch und/oder physiologisch kompatible Flüssigkeit,
wie etwa zum Beispiel normale Salzlösung, Phosphat-Salzpufferlösung, steriles
Wasser usw. „Konstruiert
und angeordnet, um innerhalb des Zylinders zu gleiten", wie oben im Text
benutzt, beschreibt die Konfiguration des Kolbens und des Zylinders,
wobei der Kolben innerhalb des Zylinders gleitend verlagerbar ist,
nachdem der Kolben in dem Zylinder der Pumpenkassette installiert
ist.
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Wie
es noch detaillierter unten beschrieben ist, ist die Pumpenkassette
so konstruiert, dass sie ein Dichtelement umfasst, welches so geformt
ist, es einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt umfasst, der konstruiert
und angeordnet ist, um einen Kontakt mit einer Oberfläche innerhalb
der Pumpenkassette herzustellen, um eine Dichtung auszubilden. Ein „Dichtelement", wie hier benutzt,
bezieht sich auf ein Bauteil einer Pumpenkassette, welches konfiguriert und
positioniert ist, um eine fluiddichte Abdichtung innerhalb der Pumpenkassette
auszubilden. Bei einigen Ausführungsformen
ist das Dichtelement ein Bauteil eines Kolbens, konfiguriert und
positioniert an dem Kolben, so dass das Bauteil oder zumindest ein Abschnitt
davon, eine innenliegende Oberfläche
eines Zylinders kontaktiert, wenn der Kolben in dem Zylinder installiert
ist und dadurch wird eine Abdichtung zwischen dem Kolben und dem
Zylinder erzeugt. Bei anderen Ausführungsformen ist die Dicht-Komponente
ein Bauteil eines Zylinders, konfiguriert und positioniert an dem
Zylinder, so dass das Bauteil oder zumindest ein Abschnitt davon,
eine Oberfläche
des Kolbens und/oder eine Oberfläche
einer Kolbenstange berührt,
wenn der Kolben bzw. die Kolbenstange innerhalb des Zylinders installiert
ist, wodurch eine Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder
erzeugt wird. Eine „Dichtung", wie oben im Text
benutzt, bezieht sich auf einen Bereich des Kontakts zwischen zwei
benachbarten Bauteilen, wobei dieser Bereich des Kontakts den Zylinder
in einen ersten und einen zweiten Bereich unterteilt und einen erhöhten Widerstand
gegenüber
dem Fluidstrom durch die (Ab-) Dichtung schafft, nämlich von
dem ersten in den zweiten Bereich des Zylinders und umgekehrt.
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Ein „aufgeweiteter
Dichtflansch" oder
ein „aufgeweiteter
Dichtflanschabschnitt" eines
Dichtelements des Kolbens bezieht sich auf einen Abschnitt des Kolbens,
der derart geformt und konfiguriert ist, dass er sich weg vom Hauptkörperabschnitt
des Kolbens erstreckt, entweder axial und/oder distal, sowie typischerweise
auch radial. Zum Beispiel würde
ein aufgeweiteter Dichtflansch, wie hier benutzt, einen Kolben,
welcher einen Standard-O-Ring als Dichtelement einsetzt, nicht umfassen,
da ein O-Ring im allgemeinen so konfiguriert ist, dass er sich vom
Hauptkörper
eines Kolbens weg und darum herum erstreckt, so dass er ein kreisumfangsförmiges Dichtelement
ausbildet, welches sich nur radial erstreckt (d.h. in Richtung der
innenliegenden Oberfläche
des Zylinders), aber nicht axial oder distal.
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Ein „Dichtelementstützteil" ist jedes strukturelle
Element, mit dem der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt des Dichtelements
gekoppelt ist (zum Beispiel ein Kolbenhauptkörper, ein Zylindereingriffshauptkörperabschnitt
eines Zylinderdichtrings oder ein Ventilsitzkörper).
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Der
Begriff „kontruiert
und angeordnet, um Kontakt mit einer innenliegenden Oberfläche des
Zylinders herzustellen",
wie im Kontext oben benutzt, bezieht sich auf den Kolben, der so
konfiguriert ist, dass nach der Montage des Kolbens in dem Zylinder eine
Oberfläche
des Dichtelements einen direkten körperlichen Kontakt mit zumindest
einem Abschnitt der innenliegenden Oberfläche des Zylinders herstellt.
Wie oben erwähnt
und gemäß der vorliegenden Erfindung
ist der Kolben derart konfiguriert und entworfen, dass er während des
Betriebs innerhalb des Zylinders der Pumpenkassette gleiten kann,
um so den Druck der Flüssigkeit
innerhalb des Zylinders zu erhöhen,
nämlich
auf einen Druck von zumindest 6,90 MPa (1000 psig), um die Flüssigkeit
anschließend
an eine Ausgangsleitung weiter zu leiten, die in Fluidverbindung
mit der Pumpenkassette steht.
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Analog
bezieht sich ein „aufgeweiteter
Dichtflansch" oder
ein „aufgeweiteter
Dicht flanschabschnitt" eines
Dichtelements des Zylinders auf einen Abschnitt des Zylinders, der
so geformt und konfiguriert ist, dass er sich von einer Wand des
Zylinders weg erstreckt, und zwar axial und/oder distal, sowie typischerweise
ebenfalls radial.
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Der
Begriff „konstruiert
und angeordnet, um einen Kontakt mit einer Oberfläche des
Kolbens herzustellen oder konstruiert und angeordnet, um einen Kontakt
mit einer Oberfläche
der Kolbenstange herzustellen",
so wie oben im Text benutzt, bezieht sich auf den Zylinder, der
derart konfiguriert ist, dass nach der Montage des Kolbens bzw.
der Kolbenstange innerhalb des Zylinders eine Oberfläche des
Dichtelements einen direkten körperlichen
Kontakt mit zumindest einem Abschnitt der Oberfläche des Kolbens bzw. der Kolbenstange
herstellt.
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Bei
einigen Ausführungsformen,
bei denen der Kolben bzw. die Kolbenstange ein Dichtelement umfasst,
und wenn es gewünscht
ist, dass die Pumpenkassette dazu in der Lage ist, relative hohe
Fluidpumpdrücke
zu erzeugen, zum Beispiel Drücke
von oberhalb 6,90 MPa (1000 psig), ist der Kolben vorzugsweise mit
einer Kolbenstange gekoppelt, die wiederum mit einer mechanischen
Pumpenantriebseinheit gekoppelt ist, um den Kolben und die Stange in
einer hin- und hergehenden Bewegung anzutreiben. Bei einigen solchen
Ausführungsformen,
wie unten im Detail beschrieben, kann der Kolben als eine Kappe,
als ein ringförmiger
Ring oder als sonstiger Typ einer Komponente ausgeführt werden,
die integral mit der Dichtkomponente bzw. dem Dichtelement als ein
einziges Teil ausgebildet ist, zum Beispiel ein elastisches Material,
welches dazu fähig
ist eine gleitende Abdichtung auszubilden, während die Kolbenstange eine
feste strukturelle Stützkomponente
umfassen kann, konstruiert und konfiguriert, um den Kolben innerhalb
des Zylinders zu stützen
und anzutreiben.
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Eine „Kolbenstange", wie hier benutzt,
bezieht sich auf ein Bauteil der Pumpenkassette, das mechanisch
mit einem Kolben (falls vorhanden) und einer Quelle für die Antriebskraft
für die
Kolbenstange und für
jeglichen Kolben, der damit verbunden ist, verbunden ist. Eine „Kolbenstange" kann ein eigenes oder
ein vom Kolben abtrennbares Bauteil sein, oder alternativ können der
Kolben und die Kolbenstange einstückig als ein einziges Element
ausgebildet sein. „Gekoppelt
mit", falls im Kontext
mit dem Kolben benutzt, der mit der Kolbenstange gekoppelt ist,
bezieht sich auf den Kolben und die Kolbenstange, die derart miteinander
assoziiert sind, dass die Kolbenstange dazu in der Lage ist, eine
Kraft auf den Kolben auszuüben,
so dass der Kolben Innerhalb des Zylinders bewegt wird. „Gekoppelt
mit" umfasst Verbindungen, die
eine feste Anbringung und eine integrale Ausbildung, zum Beispiel
eine Kolben- und
Kolbenstangenanordnung aus einem einzigen Stück, die ebenfalls als „miteinander
gekoppelt" gelten,
umfassen, wobei der Kolben und die Kolbenstange gemein sam mit der gleichen
Geschwindigkeit zu allen Zeiten und während des Pumpzyklus sich bewegen,
und umfasst auch die Verbindungen, die eine relative Bewegung zwischen
dem Kolben und der Kolbenstange oder eines Teils davon erlauben,
und zwar während
des Pumpzyklus. Es ist so zu verstehen, dass der Kolben mit der
Kolbenstange „gekoppelt" sein kann, sogar wenn
kein direkter Kontakt zwischen dem Kolben und der Kolbenstange vorliegt.
Zum Beispiel können,
falls gewünscht
oder vorteilhaft, unterschiedliche Abstandhalter, Beilagscheiben,
Spannelemente usw. zwischen den Kolben und die Kolbenstange eingesetzt
werden, und diese Möglichkeiten
liegen innerhalb der oben erwähnten
Bedeutung „gekoppelt
mit".
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Wie
vorher erwähnt,
sind bevorzugte Ausführungsformen
der Pumpenkassetten nach der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert,
dass die Pumpenkassette abnehmbar mit einer wiederverwendbaren Pumpenantriebseinheit
gekoppelt werden kann, zum Beispiel einer reziprokierenden Pumpenantriebseinheit. „Abnehmbar
gekoppelt", wie
hier im Text benutzt, assoziiert die Pumpenkassette und die mechanische
Pumpenantriebseinheit des Pumpensystems, und bezieht sich auf die
Pumpenkassette, mit der es möglich
ist, diese zu installieren und zu demontieren, nämlich von der Pumpenantriebseinheit,
durch einen Benutzer des Systems, ohne dass die Pumpenantriebseinheit
demontiert werden müsste,
und sehr bevorzugt, ohne die Notwendigkeit des Einsatzes eines Werkzeugs.
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Bei
solchen Konfigurationen ist es vorzuziehen, dass jegliche Kolbenstange
der Pumpenkassette so konstruiert und angeordnet ist, dass sie operativ mit
der mechanischen Pumpenantriebseinheit assoziiert ist. Die Phrase „konstruiert
und angeordnet, um operativ mit einer mechanischen Pumpenantriebseinheit
assoziiert zu sein",
wie im obigen Kontext benutzt, bezieht sich auf die Kolbenstange,
die mit der Pumpenantriebseinheit gekoppelt ist, so dass es der Pumpenantriebseinheit
möglich
ist, eine Kraft auf die Kolbenstange aufzubringen und diese zu bewegen, und,
falls vorhanden, den Kolben in dem Zylinder zu verlagern, um das
Pumpen und die Förderung
von Fluiden aus der Pumpenkassette zu bewirken.
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Bei
einigen besonderen bevorzugten Ausführungsformen ist die Pumpenkassette
abnehmbar mit der Pumpenantriebseinheit gekoppelt, und die Pumpenantriebsein heit
stützt
und immobilisiert die Pumpenkassette während des Betriebs des Systems. „Stützt und
immobilisiert",
wie im obigen Kontext benutzt, bezieht sich auf die Pumpenantriebseinheit
oder die Pumpenkassetten-Stützkomponente und/oder
Pumpenkassetten-Aufnahmekomponente, oder zumindest auf ein Teil
davon, so dass es ermöglicht
ist, dass die Pumpenkassette Kräften/Drücken widersteht,
die auf die Pumpenkassette aufgebracht werden, während des Betriebs, durch Absorption, Widerstand
und/oder Umleitung von zumindest eines Teils solcher Kräfte, wodurch
eine relative Bewegung zwischen zumindest einer Komponente der Pumpenkassette
und der Pumpenantriebseinheit verhindert ist, sowie bei einigen
Ausführungsformen
der Ausfall oder die Leckage von Fluid aus der Pumpenkassette unterbunden
ist.
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Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen nach
den erfindungsgemäßen Pumpensystemen,
die abnehmbar angekoppelte Pumpenkassetten schaffen, sind die Pumpenkassette
oder bestimmte Komponenten davon derart konfiguriert und konstruiert, dass
sie lediglich für
einen einmaligen Gebrauch vorgesehen sind, so dass die Verfahren
zum Pumpen oder Infusionieren von Fluiden/Flüssigkeiten, wobei solche Pumpenkassetten
eingesetzt werden, einen letzten Schritt umfassen, nämlich dass
ein Teil der Pumpenkassette nach einem einmaligen Gebrauch weggeworfen
wird. Wie es im Detail weiter unten beschrieben ist, können Pumpenkassetten
für lediglich einen
einmaligen Gebrauch konstruiert und konfiguriert werden, wobei zum
Beispiel Kolben und Zylinder, Dichtkomponenten umfassen, die geopfert
werden und die während
des Betriebs einem Verschleiß unterliegen,
so dass diese nach einem Betreiben für eine bestimmte Zeitspanne
versagen würden,
die gleich oder etwas länger
ist als eine gewünschte
Lebensdauer für
eine bestimmte Einzelanwendung. Zum Beispiel, wenn die Pumpenkassette
für eine
chirurgische Prozedur (zum Beispiel zur Zufuhr einer Flüssigkeit,
die unter hohem Druck steht, zu einer flüssigkeitsstrahlangetriebeen
chirurgischen Schneideinrichtung) eingesetzt wird, kann das Dichtelement
des Kolbens oder des Zylinders derart konstruiert sein, dass die
Pumpenkassette dazu in der Lage ist, einen gewünschten Fluidzufuhrdruck mit
einer akzeptablen Leckagerate zu erzeugen, über eine Zeitspanne von zumindest
einer Stunde, aber zum Beispiel nicht für über 24 Stunden, so dass die
Pumpenkassette nach einer einzigen chirurgischen Anwendung ausgetauscht
werden muss.
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Bei
anderen Ausführungsformen
kann die Pumpenkassette, anstatt dass sie ein Dichtelement aufweist,
aus besseren und widerstandsfähigeren Materialien
konstruiert werden, so dass die Pumpenkassette für längere Zeiträume und/oder einige chirurgische
Eingriffe genutzt werden kann. Bei diesen Ausführungsformen ist es wünschenswert,
dass die Pumpenkassette für
eine einfache Demontage konfiguriert ist, um eine Reinigung und
Sterilisation der Pumpenkassette zwischen den Einsätzen zu
erlauben. Darüber
hinaus kann bei einigen Ausführungsformen
eine Komponente, die einer besonders hohen Abnutzung unterliegt,
zum Beispiel das Dichtelement, derart konfiguriert sein, dass sie
einfach und leicht innerhalb der Pumpenkassette auszutauschen ist.
Dementsprechend kann bei einigen dieser Ausführungsformen ein Teil der Pumpenkassette,
im Gegensatz zur gesamten Pumpenkassette, derart konstruiert und
vorgesehen werden, dass dieser Teil nach einem einzigen Gebrauch
ersetzt wird. Bei diesen Ausführungsformen
umfassen vorzugsweise Abschnitte der Pumpenkassette, die für den mehrmaligen
Gebrauch konfiguriert sind, Bauteile, die vom Fluid nicht benetzt
werden, um so die gegenseitige Kontamination zwischen den Einsätzen zu
minimieren.
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In
jedem Fall sollte, bei Ausführungsformen, bei
denen die abnehmbar angekoppelten Pumpenkassetten eingesetzt werden,
nämlich
als Teil eines Verfahrens zum Pumpen oder Infusionieren einer Flüssigkeit
zur Förderung
zu einem Körper
eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument,
um eine medizinische Behandlung durchzuführen, die Pumpenkassette nach
der Herstellung und vor dem Einsatz zum Pumpen sterilisiert werden,
zum Beispiel durch Hitzesterilisation, Strahlungssterilisation,
chemische Sterilisation oder ähnliches,
was der Fachmann natürlich
erkennt. Im allgemeinen zeichnen sich Ausführungsformen der Pumpenkassette,
die als „konstruiert
und konfiguriert, um nach einem einzigen Gebrauch weggeworfen zu
werden" beschrieben
werden, dadurch aus, dass sie aus einem relativ preiswertem Material
konstruiert sind und zumindest eine Komponente darin umfassen, welches
eine nutzbare Lebensdauer hat, welche nicht deutlich über eine
maximale genannte Zeitspanne für
einen einzigen Einsatz für
eine gedachte Anwendung hinaus geht.
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Die
Pumpenkassetten, die nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen
werden, können
auf unterschiedliche Wege vorgesehen werden, wie es unten stehend
im Detail diskutiert werden wird. Zum Beispiel kann bei einigen
Ausführungsformen
die Pumpenkassette mit einem „T-förmigen" Strömungsweg
konfiguriert werden, welcher einen koaxialen Einlaßströmungsweg
und einen Auslaßströmungsweg
hat, von denen jeder in Fluidverbindung mit einem Zylinder steht,
der eine Pumpkammer ausbildet, die eine Längsachse hat, die im wesentlichen
senkrecht zu der Längsachse
des Einlaßströmungsweges und
des Auslaßströmungsweges
verläuft.
Gemäß einer
anderen Konfiguration umfasst die Pumpenkassette einen „Y-förmigen" Strömungsweg,
bei dem die Pumpenkassette einen Hauptkörper aufweist, der zwei parallele
Strömungswege
darin aufweist, sowie einen „Einlaß und einen
Auslaß", die Seite an Seite und
distal von der Pumpenkammer mit parallelen Längsachsen angeordnet sind,
und die ebenso parallel zu der Längsachse
des Zylinders verlaufen, der die Pumpenkammer ausbildet.
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Bei
einigen Ausführungsformen
weist die Pumpenkassette eine axial ausgerichtete Konfiguration
auf, und ist zumindest zum Teil aus einer länglichen Röhre bzw. einer dünnwandigen
Röhre gebildet.
Bei solchen Ausführungsformen
ist der Zylinder, der die Pumpkammer ausbildet, in der der Kolben und/oder
die Kolbenstange sich hin und her bewegen und zumindest einer der
Einlaß-
bzw. Auslaßströmungswege
der Pumpenkassette koaxial ausgerichtet zu und/oder ausgebildet
in, oder enthalten in einer gemeinsamen Bohrung bzw. Öffnung in
der länglichen
Röhre bzw.
der dünnwandigen
Röhre.
Die Begriffe „längliche
Röhre" und „dünnwandige
Röhre", sofern diese benutzt
werden, um einen Hauptkörperabschnitt
der Pumpenkassette zu beschreiben, die gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehen wird, bezieht sich auf eine Pumpenkassette und deren Hauptkörper, der
aus einer ringförmigen
Röhre bzw. einem
ringförmigen
Schlauch gefertigt ist, der eine Wandstärke hat, die wesentlich geringer
ist als der Außendurchmesser
der Röhre
und der Außendurchmesser
ist wesentlich geringer als die Länge der Röhre. Bei einigen bestimmten
Ausführungsformen können solche
Pumpenkassetten aus preiswerten, einfach verfügbaren, biologisch kompatiblen
und dünnwandigen
Schläuchen
bzw. Röhren
konstruiert werden, zum Beispiel aus Röhren aus Edelstahl, so dass
es möglich
ist, dass mit solchen Ausführungsformen
der Pumpenkassette sehr geringe Herstellungskosten pro Einheit verbunden
sind. Bei einigen Ausführungsformen
kann eine Stützröhre (wegwerfbar
oder nicht wegwerfbar) helfen, die dünnwandige Röhre abzustützen.
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Im
allgemeinen umfassen die Einlaß-
und Auslaßströmungswege
der Pumpenkassette, die gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen werden, jeweils zumindest ein Ventil darin,
um eine Kontrolle der Strömung
vorzusehen und/oder es zu ermöglichen,
dass eine oder beide Leitungen wahlweise geöffnet und geschlossen werden
können.
Vorzugsweise ist zumindest eines dieser Ventile als ein Rückschlagventil
ausgebildet und besonders bevorzugt umfassen sowohl der Einlaßströmungsweg
als auch der Auslaßströmungsweg
darin ein Rückschlagventil,
um die Richtung der Fluidströmung durch
die Pumpenkassette zu kontrollieren. Der Begriff „Rückschlagventil", der hier benutzt
wird, bezieht sich auf ein Ventil, welches derart konstruiert und konfiguriert
ist, dass es die Fluidströmung
in einer Richtung entlang des Strömungswegs verhindern oder begrenzen
kann, sowie es in der anderen Fluidströmungsrichtung die Fluidströmung erlauben
kann, und zwar ohne oder mit deutlich weniger Widerstand gegenüber der
Fluidströmung
als in der zuerst genannten Richtung. Während bei einigen Ausführungsformen
die Einlaß-
und Auslaß-Rückschlagventile jeweils in
der Einlaßleitung
und in der Auslaßleitung
angeordnet sein können,
an einer Position entfernt von der Pumpenkassette, enthält in besonders bevorzugten
Ausführungsformen
die Pumpenkassette darin zumindest einen Teil von zumindest eines Auslaß-Rückschlagventils
oder eines Einlaß-Rückschlagventils, und enthält besonders
bevorzugt darin zumindest einen Abschnitt von jedem Rückschlagventil.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung schaffen auch eine Vielzahl von Rückschlagventil-Konfigurationen,
die bevorzugt bei den Pumpenkassetten nach der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden. Die Ventile, die gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehen werden, sind im allgemeinen konfiguriert, um ein Dichtelement
und einen Ventilsitz zu umfassen, wobei ein Dichtkontakt zwischen
dem Dichtelement und dem Ventilsitz vorliegt, um eine geschlossene
Konfiguration des Ventils zu definieren. Ein „Ventildichtelement" oder „Dichtbauteil" eines Ventils bezieht
sich auf den Teil eines Ventils, der den Kontakt mit dem Ventilsitz
herstellt, und der primär
dafür verantwortlich
ist, dass Kräfte,
die durch den Fluiddruck erzeugt werden, auf die
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Oberfläche des
Ventilsitzes übertragen
werden, um eine druckdichte Abdichtung auszubilden. Bei bevorzugten
Ausführungsformen
bildet das Dichtelement des Ventils, wenn in abdichtendem Kontakt mit
dem Ventilsitz, wobei das Ventil in einer geschlossenen Konfiguration
positioniert ist, eine Abdichtung aus, die dazu in der Lage ist
einer Druckdifferenz von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) zu widerstehen, ohne
eine bemerkenswerte Leckage dort hindurch, in besonders bevorzugten
Ausführungsformen
zumindest 34,47 MPa (5000 psig), in einigen anderen bevorzugten
Ausführungsformen
zumindest 55,16 MPa (8000 psig), in anderen bevorzugten Ausführungsformen
zumindest 103,42 MPa (15000 psig), in anderen Ausführungsformen
zumindest 137,90 MPa (20000 psig), in anderen Ausführungsformen
zumindest 206,84 MPa (30000 psig), und in noch anderen Ausführungsformen
zumindest 344,74 MPa (50000 psig). Der Begriff „ohne bemerkenswerte Leckage" oder „im wesentlichen
keine Leckage",
wie im vorliegenden Kontext benutzt, bezieht sich auf einen Zustand,
in dem praktisch keine Leckage auftritt oder in dem die Leckrate
sich innerhalb tolerierbarer Grenzen hält, und zwar bei gewünschten
Betriebsdrücken.
Die Leckraten, die tolerierbar sind, variieren natürlich mit
den einzelnen Pumpenkassettenkonfigurationen und den Pump- oder
Infusions-Anwendungen, die durchgeführt werden; während des
Hauptteils des Betriebs und nach jeglicher Anlaufzeitspanne liegen
die Leckraten jedoch vorzugsweise bei weniger als 0,5% einer durchschnittlichen
Pumpenströmungsrate
der Pumpenkassette im Betrieb, und liegen besonders bevorzugt bei
weniger als 0,1%, sowie noch weiter bevorzugt bei etwa 0,05% und
am meisten bevorzugt bei weniger als etwa 0,02%. Leckage-Raten während jeglicher
Anlaufzeit des Betriebs des Kolbens, zum Beispiel während der
ersten 1000 Hubbewegungen oder so, können höher liegen, zum Beispiel bis
zu 5% einer durchschnittlichen Pumpenströmungsrate der Pumpenkassette
während dieser
Zeitspanne im Betrieb.
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Bei
einigen Ausführungsformen
umfassen die Pumpenkassetten, die gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehen sind, zumindest ein Ventil, welches einen Ventilsitz
und ein Dichtelement umfasst, wobei das Dichtelement eine im allgemeinen konkave
Schließfläche aufweist,
die positioniert ist, um dem Ventilsitz gegenüberzuliegen, wenn das Ventil
in einer operativen Konfiguration zusammen gebaut ist. Die strukturellen
Details einer solchen Konfiguration sind weiter unten im Detail
beschrieben.
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Der
Begriff „konkav", wie oben im Kontext benutzt,
bezieht sich auf die Oberfläche,
die eine bogenförmige
Konfiguration aufweist, die kurvig oder teilweise gekrümmt ist
oder aus einer Reihe von untereinander verbunden geraden oder flachen
Segementen besteht. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Ventile, die
die Dichtelemente haben, die konkave Schließflächen aufweisen, ist das Dichtelement
aus einem elastischen Material ausgebildet, welches bei bestimmten
Ausführungsformen das
gleiche elastische Material sein kann aus dem der integrierte Kolben
und/oder das Dichtelementbauteil des Kolbens und/oder des Zylinders
ausgebildet ist. Ein solches Material kann, wie weiter unten im Detail
beschrieben, ein Polymer-Material sein, vorzugsweise ein nicht-elastomeres
Polymer-Material. Wie weiter oben diskutiert, ist bei einigen bevorzugten
Ausführungsformen
das Ventil der Pumpenkassette als ein Rückschlagventil konfiguriert.
Bei diesen Ausführungsformen
kann das Dichtelement, wie oben beschrieben, zumindest einen Teil
eines Sitzes (poppet) des Rückschlagventils
ausbilden. Der Sitz umfasst bei einigen Ausführungsformen einen steifen Einsatz,
vorzugsweise metallisch und vorzugsweise in der Mitte des Sitzes
positioniert, und kann einen Abschnitt der Schließfläche bilden,
die die Öffnung
in dem Ventilsitz abdeckt. In dieser Hinsicht widersteht der steife
Einsatz dem Eindringen in die Öffnung, wenn
er unter Druck steht. Der Begriff „Sitz", wie hier benutzt, bezieht sich im
allgemeinsten Sinne auf ein axial verlagerbares Teil eines Rückschlagventils,
welches ein Dichtelement des Ventils trägt oder damit verbunden ist.
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Bei
einigen Ausführungsformen
nach der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei den Ausführungsformen,
die eine Pumpenkassette umfassen, die eine axiale Konfiguration
haben, ist der Kolben und/oder die Kolbenstange der Pumpenkassette konfiguriert,
um ein Ventil zu umfassen oder um zumindest teilweise zumindest
ein Ventil auszubilden. Der Begriff „umfasst oder zumindest formt
teilweise ein Ventil aus" oder „umfasst
oder formt zumindest teilweise ein Ventil aus", falls benutzt, um bestimmte Kolben
und/oder Kolbenstangen zu beschreiben, die gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehen sind, bezieht sich auf Konfigurationen, bei denen eine
oder mehrere Komponenten, die das Ventil ausbilden, entweder in
Kontakt mit oder zumindest teilweise enthalten sind in dem Kolben
und/oder der Kolbenstange (sind), oder wobei zumindest ein Teil
des Ventils, zumindest teilweise, aus einer Oberfläche oder
einer Komponente des Kolbens und/oder der Kolbenstange ausgebildet
ist. Bei einigen dieser Ausführungsformen,
wie unten im Detail beschrieben, kann der Kolben als ein Floating-Kolben
konfiguriert sein, der relativ zu der Kolbenstange verlagerbar ist,
und der als Teil seiner Struktur eine sekundäre Dichtkomponente umfasst,
die die Dichtkomponente eines Rückschlagventils
der Pumpenkassette umfasst. Wie unten erläutert und beschrieben, sind
solche Floating-Kolben-Rückschlagventile
sehr nützlich
und vorzugsweise als Einlaß-Rückschlagventil
der Pumpenkassette ausgebildet, wobei die Ventilsitze für solche Ventile
typischerweise an einer distalen Endfläche einer Kolbenstange ausgebildet
sind, an der der Floating-Kolben angekoppelt ist. Bei noch weiteren
Ausführungsformen
können
die Kolben und/oder Kolbenstangen mehr als ein Ventil umfassen oder
zumindest teilweise mehr als ein Ventil ausbilden, zum Beispiel zwei
Ventile (zum Beispiel beide, ein Einlaß- und ein Auslaß-Rückschlagventil
der Pumpenkassette).
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Die
erfindungsgemäßen Pumpensysteme, die
erfindungsgemäßen Pumpenkassetten
und Pumpverfahren werden im folgenden im Detail beschrieben werden,
und zwar im Kontext mit mehreren spezifischen Ausführungsformen,
die in den zugehörigen
Figuren dargestellt sind. Es ist so zu verstehen, dass die Ausführungsformen,
die beschrieben werden, lediglich für erläuternde Zwecke dienen und dass
die neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie in den angehängten Patentansprüchen aufgeführt, auch
auf andere Art und Weise praktiziert werden können oder für Systeme und Verfahren eingesetzt
werden können,
die andere Konfigurationen aufweisen, was dem Fachmann jedoch geläufig ist.
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Die 1, 2A bis 2C und 3 illustrieren
eine Ausführungsform
einer Pumpenkassette 100, die nach der vorliegenden Erfindung
vorgesehen ist. Die Pumpenkassette 100 ist mit einem „Y-förmigen" Fluidströmungsweg
konfiguriert. Insbesondere umfasst der Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 (am
besten in den 2A und 2B zu
sehen) darin drei Bohrungen 104, 106 und 108,
die jeweils Längsachsen 110, 112 und 113 haben,
die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die Bohrung 104 umfasst
eine zylinderausbildende Pumpenkammer 114 der Pumpenkassette 100.
Der Zylinder 104 ist in dem proximalen Teil des Hauptkörperab schnitts 102 angeordnet,
während
die Bohrungen 106 und 108 in der distalen Oberfläche 116 des
Hauptkörperabschnitts 102 angeordnet
sind, wobei jede ihrer Längs achsen
seitwärts
zu der Längsachse 110 des
Zylinders 104 versetzt angeordnet ist, so dass die gesamte
Konfiguration einem „Y" ähnlich ist. Die Bohrungen 106 und 108 stehen
in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer 114, über die Öffnungen 118 und 120,
die jeweils in dem Hauptkörperabschnitt 102 ausgebildet
sind. Eine „Pumpenkammer", wie hier im Kontext
mit der Pumpenkassette benutzt, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung vorgesehen ist, bezieht sich auf einen Zylinder (vorzugsweise
ein kreisförmiger
Zylinder, jedoch bei anderen Ausführungsformen kann der Zylinder
im wesentlichen jede Umkreisform haben) oder einen Teil davon, in
dem ein Kolben und/oder eine Kolbenstange gleiten oder sich hin
und her bewegen, wenn die Pumpenkassette in Betrieb ist.
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Der
Hauptkörperabschnitt 102 der
Pumpenkassette 100 kann aus einem breiten Spektrum von Materialien
konstruiert werden, wie es für
den Fachmann offensichtlich ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen
ist der Hauptkörperabschnitt 102 aus
einem sterilisierbaren und biologisch kompatiblen Material gefertigt,
welches geeignet ist zum Zwecke der medizinischen/chirurgischen
Pumpenanwendungen. In einer erläuterten
Ausführungsform
ist der Hauptkörperabschnitt 102 aus
einem Chirurgenstahl bzw. Edelstahl konstruiert, welcher maschinell
bearbeitet worden ist, um die unterschiedlichen Bohrungen, Nuten
und Merkmale, die in den Figuren erläutert sind, auszubilden.
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Bei
einer erläuterten
Ausführungsform
ist der Hauptkörperabschnitt 102 aus
Materialien und mit Abmessungen und Wandstärken konstruiert, die ausgewählt sind,
um es zu ermöglichen,
dass die Pumpenkassette dem maximalen anzunehmenden Betriebsdruck
der Pumpenkassette (zum Beispiel zumindest 6,90 MPa (1000 psig))
widersteht, ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Unterstützung, um das
mechanische Scheitern des Hauptkörperabschnitts 101 zu
vermeiden. Bei einigen Ausführungsformen
kann jedoch, insbesondere wenn niedrige Kosten und eine einfache
Herstellung insbesondere kritisch sind, der Hauptkörperabschnitt 102 aus
Materialien und/oder mit Abmessungen und Dicken konstruiert sein,
die den Hauptkörperabschnitt
unfähig machen,
dem anzunehmenden Betriebsdrücken
zu Wiederstehen, ohne zusätzliche
Mittel einer externen Unterstützung.
Wie es im Detail unten noch im Kontext zu den 6A und 6B beschrieben
werden wird, kann eine Stützauf nahmestruktur
vorgesehen werden, um einen Teil einer wiederverwendbaren Pumpenantriebseinheit
auszubilden, um diese mit der Pumpenkassette zu koppeln, wobei die
Stützaufnahmestruktur
derart konfiguriert werden kann, dass sie mit dem Hauptkörperabschnitt
zusammen passt und diesen unterstützt, so dass dieser dazu in
der Lage ist, einem viel höheren
Betriebsdruck zu widerstehen, ohne dabei kaputt zu gehen, wenn er
durch die Stützaufnahmestruktur
unterstützt
wird, verglichen mit einem Hauptkörperabschnitt, der nicht derart
unterstützt
ist. Bei solchen Ausführungsformen kann
der Hauptkörperabschnitt 102 zum
Beispiel aus einer Reihe von leichtgewichtigen und preiswerten Materialen,
zum Beispiel Polymere Materialen, konstruiert werden. Zum Beispiel
kann bei einigen Ausführungsformen
der Hauptkörperabschnitt 102 mittels
Einspritzgiessen von aus einer Reihe von gut bekannten steifen oder
halbsteifen Plastikmaterialien konstruiert werden. Bei bevorzugten
Ausführungsformen,
die Hauptkörperabschnitte
der Pumpenkassette umfassen, die aus einem Polymer-Material konstruiert
sind, welches nicht-operativ druckunterstützend ist, umfassen die Zylinder,
in denen sich die Kolben hin und her bewegen, einen dünnwandigen
Abschnitt aus einer Metallröhre,
zum Beispiel eine Edelstahlröhre,
die in den Hauptkörperabschnitt
der Pumpenkassette eingegossen oder eingepreßt ist.
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Die
Pumpenkassette 100 umfasst auch einen Kolben 122,
der derart konstruiert und angeordnet ist, dass er innerhalb des
Zylinders 104 sich gleitend verlagern und hin und her bewegen
kann. Der Kolben 122 ist mit der Kolbenstange 124 gekoppelt, die
wiederum mit einer mechanischen Pumpenantriebseinheit (erläutert in
den 6A bis 6B) koppelbar
ist, und zwar mittels des Kupplungsbereichs 126 der mechanischen
Pumpenantriebseinheit. Der spezifische Aufbau des Kolbens 122 und der
Kolbenstange 124 wird weiter unten im Detail und im Kontext
mit der 3 beschrieben. Der Kolben 122 umfasst,
wie in der Ausführungsform
gezeigt, eine einstückige
kappenförmige
Struktur, die über das
distale Ende 128 der Kolbenstange 124 aufgegossen
ist. Wie es weiter unten im Detail beschrieben wird, mit Bezug zu
der 3 und den 4A und 4B,
können
die besondere Konfiguration und die Materialien der Konstruktion
des Kolbens 122 innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden
Erfindung varriert werden.
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Wie
es in der 1 gezeigt ist, umfasst der Kolben 122 eine
einstückig
ausgebildete, vorzugsweise durch Einspritzgiessen hergestellte,
polymere Komponente, welche als Teil ihrer Struktur eine kreisumfangsförmige Dichtkomponente 130 umfasst,
die einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt 132 aufweist,
die mit der innenliegenden Oberfläche 134 des Zylinders 104 während des
Betriebs in Kontakt steht. Bei der gezeigten Ausführungsform
wird der Kolben 122 direkt auf das distale Ende 128 der
Kolbenstange durch Einspritzgiessen aufgebracht, an der ein Sicherungsflansch 136 und
Sicherungskerben 138 vorgesehen sind, um die und in die
der Kolben 122 eingegossen wird, wodurch der Kolben 122 an
der Kolbenstange während
des Betriebs sicher festgelegt ist. Es ist so zu verstehen, dass
bei anderen Ausführungsformen
der Kolben an der Kolbenstange mit einer Reihe von anderen Arten
gesichert werden kann. Zum Beispiel kann der Kolben bei anderen
Ausführungsformen
an der Kolbenstange beispielsweise chemisch und/oder thermisch gebondet
oder geschweißt
und damit befestigt werden, oder durch den Gebrauch unterschiedlicher
Befestigungsmittel, zum Beispiel mittels Nieten, Schrauben, Draht,
Stifte usw., wie es für
den Fachmann offensichtlich ist, oder alternativ können der
Kolben und die Kolbenstange eine einzige integrale Komponente umfassen,
die aus dem gleichen Material konstruiert ist. Der Kolben oder die
Kolbenstange oder beides können
auch mit einem Gewinde versehen werden, um das Koppeln und/oder
die Anbringung zu erleichtern.
-
Wie
es weiter unten im Detail und mit Bezug zu den 3 und 4C beschrieben
ist, ist der Kolben 122 aus einem nicht-elastomeren und
vorzugsweise halbsteifen Plastik gebildet, der in seinen Dimensionen
stabil ist, aber bestimmte irreversible Verformungseigenschaften
zeigt, und zwar innerhalb des Bereichs der Betriebsdrücke und
der anzunehmenden Konditionen. Bevorzugtes Plastik umfasst kristalline
Polymere oder halbkristalline Polymere, oder amorphe Polymere, die
eine Glasübergangstemperatur
haben, die höher
liegt als die Betriebstemperatur der Pumpenkassette.
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Der
Kolben 122 kann möglicherweise
aus einem breiten Spektrum von Plastikmaterialien konstruiert werden,
beispielweise, aber nicht beschränkt darauf,
aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Polypropylen, hochdichtes Polyethylen,
Polyvinylchlorid, Po lyamid, Polyimid, Polyarylimid, Polyacetat,
Polysulfon, Polystyrol, und Mischungen daraus, usw., wie es dem Fachmann
geläufig
ist. Solche Plastikmaterialien umfassend Füllstoffe können auch benutzt werden. In besonders
bevorzugten Ausführungsformen
kann der Kolben 122 aus einem Plastik aufgebaut sein, der bestimmte
mechanische und Material-Eigenschaften hat, wie unten diskutiert,
die es dem Kolben ermöglichen,
eine gewünschte
Verformung, Abdichtung und Abnutzungseigenschaften zu zeigen. Besonders nützliche
Plastikmaterialien weisen diese Eigenschaften auf, wobei eine besonders
bevorzugte Ausführungsform
diese Materialien zur Ausbildung des Kolbens 122 einsetzt,
und andere Kolben, wie unten für
andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben, sind aus Nylon 6-6,
Acetat-Polymer, beispielsweise Polyoxymethylen (DELRINTM) und
Polyimiden.
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Bei
den bevorzugten Ausführungsformen
ist der Kolben 122 derart dimensioniert und konfiguriert, wie
unten diskutiert, dass während
zumindest eines Teils des Betriebes der Pumpenkassette 100 eine Abdichtung
zwischen dem aufgeweiteten Dichtflansch 132 des Kolbens 122 und
einer innenliegenden Oberfläche 134 des
Zylinders ausgebildet ist, die in der Lage ist, einer Druckdifferenz über der
Abdichtung von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) zu widerstehen, ohne
eine bemerkenswerte Leckage an Fluid dort hindurch, sowie deutlich
bevorzugt zumindest 34,47 MPa (5000 psig), bevorzugt zumindest 55,16 MPa
(8000 psig), bevorzugt zumindest 103,42 MPa (15000 psig), bevorzugt
zumindest 137,90 MPa (20000 psig), bevorzugt zumindest 206,84 MPa (30000
psig), und besonders bevorzugt zumindest 344,74 MPa (50000 psig).
Wie oben beschrieben, umfasst in der erläuterten Ausführungsform
der Kolben 122 vorzugsweise ein einstückiges integral ausgebildetes
Bauteil, in dem die Dichtkomponente 130 und ein Hauptkörperabschnitt 140 des
Kolbens ein einstückiges
Element aufweisen. In anderen Ausführungsformen können jedoch
die Dichtkomponente und der Hauptkörper des Kolbens auch nicht-integral ausgebildet
sein und anstatt dessen kann die Dichtkomponente ein getrenntes
oder abtrennbares Element umfassen, welches mit dem Kolben verbunden ist,
entweder steif (zum Beispiel durch Kleben, Schweißen, Bonden,
usw.) oder nicht steif und/oder verlagerbar ist (beispielsweise
könnte
die Dichtkomponente einen kreisumfangsförmigen Flansch oder Ring aufweisen,
der zumindest teilweise innerhalb einer Nut, eines Kanals oder in
anderen Sitzmitteln innerhalb des Kolbens positioniert ist). Bei
bevorzugten Ausführungsformen, wie
erläutert,
erstreckt sich der aufgeweitete Dichtflansch 132 der Dichtkomponente 130 weg
von dem Hauptkörperabschnitt 140 des
Kolbens 122, zumindest axial, und vorzugsweise axial, radial
und distal, sowie er vorzugsweise verschwenkbar flexibel mit Bezug
zu dem Hauptkörperabschnitt des
Kolbens ist.
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Die
Kolbenstange 124 kann aus einer breiten Vielfalt von Materialien
konstruiert sein, zum Beispiel aus Materialien, die oben beschrieben
worden sind, die geeignet sind den Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 und/oder
des Kolbens 122 zu bilden. Die gewählten Materialien sollten eine
ausreichende Festigkeit und Dauerhaftigkeit aufweisen, um es der
Kolbenstange zu ermöglichen,
den Kräften
zu widerstehen und diese zu übertragen,
die durch die mechanische Pumpenantriebseinheit (nicht gezeigt) auf
den Kolben aufgebracht wird, um die Fluide zu pumpen, nämlich bei
den anzunehmenden Betriebsdrücken
der Pumpenkassette. Nach einer Ausführungsform ist die Kolbenstange 124 aus
Aluminium gefertigt. In der erläuterten
Ausführungsform
umfasst der Kopplungs- bzw. Kupplungsbereich 126 der mechanischen
Pumpenantriebseinheit des Kolbens 124 an seinem distalen
Ende einen kreisringförmigen Lastaufnahmeflansch 142,
der derart ausgelegt ist, dass er den überwiegenden Teil der bzw.
vorzugsweise die gesamte Belastung aufnimmt, die durch die mechanische
Pumpenantriebseinheit aufgebracht wird, während eines Ausstoßhubes der
sich in Betrieb befindlichen Pumpenkassette. Der Bereich 126 umfasst
weiterhin eine Kupplungskerbe 144, die derart konfiguriert
ist, dass sie mit einem Vorsprung, Ring oder einem anderen Schnellverbindungsmechanismus
der mechanischen Pumpenantriebseinheit zusammen passt, um es zu
ermöglichen,
dass eine einfache Einschnapp-Kopplung der Kolbenstange und eines
hin- und hergehenden Stößels einer mechanischen
Pumpenantriebseinheit (nicht gezeigt) erfolgen kann. Es ist so zu
verstehen, dass die Form und der Kopplungsmechanismus, die ausgewählt werden,
um die Kolbenstange 124 mit dem hin- und hergehenden Stößel der
mechanischen Pumpenantriebseinheit zu koppeln, nicht besonders kritisch
sind und dass bei anderen Ausführungsformen aus
einer extrem breiten Vielfalt von Formen und Konfiguration ausgewählt sein
können,
so wie es für einen
Fachmann offensichtlich ist. Zum Beispiel könnte die Kolbenstange, anstatt
des erläuterten Umfassens
des Schnellverbindungsmechanismus, mit dem hin- und hergehenden
Stößel mittels
einer eher permanenten Verbindung verbunden sein, wie etwa eine
Verbindung, die eine Gewindekupplung, Muttern und Schrauben, usw.
umfasst oder alternativ kann die Kolbenstange permanent mit dem
hin- und hergehenden Stößel verbunden
werden, zum Beispiel durch Schweißen, etc. Bei einer weiteren
Ausführungsform
könnte
die Kolbenstange und der hin- und hergehende Stößel der mechanischen Pumpenantriebseinheit
ein einziges integrales Element umfassen, wobei dieses Element abnehmbar
von der Pumpenkassette ist, und bei einigen Ausführungsformen könnte auch
der Kolben abnehmbar sein, der Teil des wiederverwendbaren Systems
ist (zum Beispiel in den 7, 8A und 8B).
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Die
Pumpenkassette 100 umfasst darüber hinaus eine optionale flexible
Hülle 146,
die vorgesehen ist, um zu verhindern, das Material aus der Umgebung
die Pumpenkammer 114 verunreinigt sowie die Fluidströmungswege
innerhalb der Pumpenkassette über
den Eingang in den Zylinder 104 durch die sich bewegende
Abdichtung verunreinigt, die zwischen dem Kolben, in einigen Fällen der
Kolbenstange, und der innenliegenden Oberfläche 134 des Zylinders
ausgebildet ist. Das Vorsehen einer solchen flexiblen Hülle oder „Biodichtung" ist insbesondere dann
wünschenswert,
wenn die Pumpenkassette für medizinische
oder chirurgische Pumpanwendungen eingesetzt wird. Wie es in der 1 dargestellt
ist, umfasst die flexible Hülle 146 einen
ersten Dichtring 148, der in Dichtkontakt mit der Kerbe 150 der
Kolbenstange 124 positioniert ist. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist der Dichtring 148 der flexiblen Hülle 146 innerhalb
der Kerbe 150 mittels einer adhäsiven Dichtung 152 abgedichtet.
Bei anderen Ausführungsformen
kann der Dichtring 148 in dichtendem Kontakt mit einem
Abschnitt der Kolbenstange positioniert werden, und zwar nahe dem
Zylinder der Pumpenkassette, mittels eines beliebigen Dichtmittels aus
einem breiten Spektrum von dem Fachmann gut bekannten Dichtmitteln.
Am proximalen Ende umfasst die flexible Hülle 146 einen Flansch 154,
der in einer Nut 156 des Hauptkörperabschnitts 102 der Pumpenkassette 100 positioniert
ist. Der Flansch 154 ist in dichtendem Kontakt in der Kerbe 156 komprimiert,
und zwar nach dem Ankoppeln mit der komplementär geformten Aufnahmestruktur
des wieder verwendbaren mechanischen Pumpenantriebs (siehe 6A und 6B).
Wie dargestellt, ist ein O-Ring 158 vorgesehen,
der integral mit dem Flansch 154 oder auch separat davon
vorgesehen sein kann, um die Kompressionskräfte weiter zu verstärken, die
den Flansch 154 in der Kerbe 156 des Hauptkörperabschnitts 102 der
Pumpenkassette 100 abdichten. Die flexible Hülle 146,
die eine statische Biodichtung ausbildet, um die Verunreinigung
der Pumpenkammer 114 zu vermeiden, kann aus einem breiten
Spektrum von flexiblen und/oder elastischen Materialien konstruiert
werden, zum Beispiel aus einer Vielzahl von natürlichen Gummis und synthetischen
Polymeren, wie es dem Fachmann geläufig ist. Bei einer anderen
bevorzugten Ausführungsform
ist die flexible Hülle
aus einem einspritzgegossenem thermoplastischen Elastomer konstruiert,
wie etwa KRATON® Polymer
(zum Beispiel DYNAFLEX® G2712 mit einer Shore
A Härte
von etwa 43).
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Bevorzugte
Pumpenkassetten nach der vorliegenden Erfindung, wenn zusammen gebaut
und für
den Betrieb konfiguriert, umfassen einen Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette,
der eine außenliegende
Oberfläche
hat, die zumindest eine Bohrung darin hat, die zumindest einen Abschnitt
eines Körperabschnitts
eines Ventils aufnimmt, welches in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer
steht. Ein „Körperabschnitt
eines Ventils",
wie hier benutzt, bezieht sich auf eine Stützstruktur des Ventils, welches enthält bzw.
zumindest teilweise umgibt, nämlich
zumindest einen Abschnitt der sich bewegenden Teile des Ventils,
oder die einen Ventilsitz des Ventils ausbildet, oder die wirkt
und direkt abstützt,
um eines oder mehrere der bewegten Teile des Ventils innerhalb einer
Bohrung der Pumpenkassette zu positionieren.
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Bei
der Ausführungsform,
die in der
1 dargestellt ist, nehmen die
Bohrungen
106 und
108 jeweils das Einlaß-Rückschlagventil
159 und
das Auslaß-Rückschlagventil
160 auf.
Das Einlaß-Rückschlagventil
159 umfasst
einen Körperabschnitt
162 des
Ventils, von dem ein Teil innerhalb des Anschlusses
106 positioniert
ist. Der Körperabschnitt
162 des Einlaß-Rückschlagventils
159 umfasst
einen Abschnitt einer Einlaßmuffe
164,
die wiederum mit der Einlaßröhre
166 über eine
Röhrenverbindung
168 für niedrigen
Druck verbunden ist. Auf ähnliche
Art und Weise umfasst das Auslaß-Rückschlagventil
160 einen
Körperabschnitt
170,
der einen Abschnitt der Auslaßmuffe
172 aufweist,
die wiederum mit der Auslaßleitung
174 für hohen
Druck verbunden ist, nämlich über eine
Röhrenverbindung
176 für hohen Druck,
umfassend eine Preßhülse
178.
Wie gezeigt, bilden beide, die Einlaßmuffe
164 und die
Auslaßmuffe
172 eine
druckdichte Abdichtung relativ zu der innenliegenden Oberfläche der
Bohrungen, in die sie eingesetzt sind, und zwar mittels des Einsetzens
eines O-Rings (
180,
182 jeweils für die Einlaßmuffe und
die Auslaßmuffe).
Da die Dichtungen, insbesondere die Dichtung an der Auslaßmuffe
172,
möglicherweise
einer hohen Druckdifferenz ausgesetzt sind, zum Beispiel kann die
Auslaßdruckdifferenz 1000
psi für
die Auslaßdichtung
bei bevorzugten Ausführungsformen überschreiten,
sind die O-Ringe (
180,
182) überdimensioniert und relativ
zu den Nuten
184,
185 in der Einlaßmuffe
164 und
der Auslaßmuffe
172 jeweils
unterschiedlich ausgeformt, in die sie eingesetzt werden, sowie
sie darüber
hinaus im unbelasteten Zustand eine andere Querschnittsform aufweisen
als die der Nuten (zum Beispiel haben die O-Ringe in den dargestellten
Ausführungsformen
einen kreisringförmigen
Querschnitt, während
die Nuten einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen),
so dass, wenn sie in den Nuten komprimiert werden, die O-Ringe einen effektiven plastischen
Modulus zeigen, der sich dem von Hartplastik oder weichem Metall
annähert,
so dass eine effektive Hochdruckabdichtung erreicht ist. Solche Hochdruck-O-Ring-Dichtungen
sind im Detail in den
US-Patenten
Nr. 5,713,878 und
6,216,573 des
Anmelders beschrieben.
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Die
Einlaßmuffe 164 und
die Auslaßmuffe 172 können in
dem Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 durch
eine Vielzahl von Mitteln gesichert werden, wie es für den Fachmann
offensichlich ist. Bei einigen Ausführungsformen können die
Muffen zum Beispiel mittels Gewindeverbindungen, mittels Anschweissen,
mittels Einpressen, usw. gesichert werden. Bei der gezeigten Ausführungsform
und wie es im Detail weiter unten mit Bezug zu den 6A und 6B beschrieben
ist, sind jedoch die Einlaßmuffe
und die Auslaßmuffe
nicht fest bzw. steif oder permanent an dem Hauptkörperabschnitt 102 der
Pumpenkassette 100 angebracht, sondern jede Muffe ist derart
geformt, dass sie einen Schulterflansch 352 umfasst, der,
wenn die Pumpenkassette mit der Aufnahmestruktur, die in den 6A und 6B dargestellt
ist, gekoppelt wird, gegen die distale Oberfläche 116 des Hauptkörperabschnitts 102 gedrückt wird,
so dass verhindert wird, dass die Muffen durch den Fluiddruck in
der Pumpenkammer 114 ausgestoßen werden und eine Hochdruckabdichtung erzeugt
ist und aufrechterhalten wird, nämlich
zwischen den Muffen und der inneren Oberfläche der Bohrung, in die sie
eingesetzt sind. Es ist anzumerken, dass dementsprechend vor dem
Ankoppeln der Pumpenkassette 100 an der Aufnahmestruktur,
die Einlaß- und Auslaß-Rückschlagventile 159 und 160 bei
dieser Ausführungsform
nicht dazu in der Lage sind, die typischen Betriebsdrücke zu halten,
die von der Pumpenkassette während
des Betriebs erzeugt werden.
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Das
Einlaß-Rückschlagventil 159 und
das Auslaß-Rückschlagventil 160 umfassen
jeweils einen Ventilteller 186 (poppet), der das Dichtelement 188 jedes
Ventils ausbildet. Der Ventilteller 186 und das Dichtelement 188 sind
weiter unten und unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C im
Detail beschrieben. Das Einlaß-Rückschlagventil 159 und
das Auslaß-Rückschlagventil 160 sind
im Design und der Konfiguration ähnlich
ausgebildet, mit der Ausnahme das die Ventilteller und die Dichtelemente
in ihrer Konfiguration umgedreht sind, so dass das Einlaß-Rückschlagventil 159 die
Strömung
in der Richtung des Pfeils 190 erlaubt, sowie es die Strömung in der
zum Pfeil 190 entgegengesetzten Richtung unterbindet. Umgekehrt
ist das Auslaß-Rückschlagventil 160 derart
konfiguriert, dass es die Fluidströmung in Richtung des Pfeils 192 erlaubt,
es jedoch die Fluidströmung
in einer entgegengesetzten Richtung zum Pfeil 192 verhindert.
Das Einlaß-Rückschlagventil 159 umfasst
einen Ventilsitz 194, der an der distalen Oberfläche des
Körperabschnitts 162 des Ventils
ausgebildet ist. Der Ventilteller 186 des Einlaß-Rückschlagventils 159 wird
normalerweise durch das Druckelement 196 unter Spannung
gehalten, so dass das Dichtelement 188 in dichtendem Kontakt gegen
den Ventilsitz 194 gepreßt wird. Ähnlich umfasst das Auslaß-Rückschlagventil 160 einen
Auslaß-Ventilsitz 198,
der eine proximale Oberfläche
der Bohrung 108 umfasst, sowie es weiterhin einen Ventiltetller 186 und
ein Druckelement 196 umfasst, die derart konfiguriert sind,
dass das Dichtelement 188 des Ventiltellers gegen den Auslaß-Ventilsitz
gedrückt
wird. Die Dichtelemente 188 der Ventilteller 186 umfassen
jeweils eine Schließfläche 200,
die den Ventilsitzen benachbart positioniert ist und ihnen gegenüberliegt.
Die Dichtelemente 188 umfassen ebenso eine am Umfang umlaufende
Dichtlippe 202 (am besten in den 5A bis 5C zu
erkennen), die von einem Abschnitt der Schließfläche in Richtung des Ventilsitzes
vorsteht. Eine „am
Umfang umlaufende Dichtlippe",
wie hier benutzt, bezieht sich auf eine Oberfläche eines Dichtelements eines
Ventils, umschreibend den Perimeter einer ebenen Fläche, wobei
dieser Bereich einen Bereich eines Ventilsitzes komplett überlappt,
der eine Öffnung
bzw. Öffnungen
ausbildet, wenn das Dichtelement sich in Kontakt mit dem Ventilsitz
befindet. Die Druckelemente 196, wie dargestellt, sind
Schraubenfedern; wie es jedoch für
den Fachmann offensichtlich ist, kann eine breite Vielfalt von anderen
Druckelementen anstatt der dargestellten Schraubenfedern alternativ
benutzt werden, solange diese im wesentlichen die gleiche Funktion
erfüllen.
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Die
Dichtelemente 188 nach den bevorzugten Ausführungsformen,
wenn diese in dichtendem Kontakt mit einem Ventilsitz in einer geschlossenen Konfiguration
positioniert sind, bilden eine Abdichtung aus, die dazu fähig ist,
einer Druckdifferenz von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) zu widerstehen, ohne
eine bemerkenswerte Fluidleckage dort hindurch, in besonders bevorzugten
Ausführungsformen
von zumindest 34,47 MPa (5000 psig), in einigen anderen bevorzugten
Ausführungsformen
zumindest 55,16 MPa (8000 psig), in anderen bevorzugten Ausführungsformen
zumindest 103,42 MPa (15000 psig), in anderen Ausführungsformen
zumindest 137,90 MPa (20000 psig), in anderen Ausführungsformen
zumindest 206,84 MPa (30000 psig), und in noch anderen Ausführungsformen
zumindest 344,74 MPa (50000 psig) zu widerstehen.
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Bezugnehmend
auf die 2A bis 2C, zeigt
die 2A eine dreidimensionale perspektivische
Ansicht des Hauptkörperabschnitts 102 der Pumpenkassette 100,
gezeigt ohne die Einlaß-
und Auslaß-Rückschlagventile,
ohne die flexible Hülle, und
ohne die Kolben/Kolbenstangen-Anordnung, um eine klare Darstellung
zu gewährleisten.
In der 2A ist die Form und Kontur
des Hauptkörperabschnitts 102 der
Pumpenkassette 100 am besten zu erkennen. Wie es weiter
unten mit Bezug zu den 6A und 6B im
Detail beschrieben ist, ist bei bevorzugten Ausführungsformen die Aufnahmestruktur,
die von der mechanischen Pumpenantriebseinheit und der Pumpenkassette
geschaffen wird, derart geformt und konfiguriert, dass diese angekoppelt werden
kann, und zwar in operativer Zugehörigkeit, wenn die Pumpenkassette
in lediglich einer vorbestimmten Orientierung installiert ist. Wie
unten beschrieben, umfasst der Hauptkörperabschnitt 102 an einer
Umfangsfläche
daran eine Ausrichtungskerbe 103, die derart geformt und
positioniert ist, dass sie mit der Aufnahmestruktur nur dann zusammen
passt, wenn die Pumpenkassette in der einzigen vorbestimmten operativen
Konfiguration orientiert ist.
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Die 2B und 2C zeigen
den Hauptkörperabschnitt 102 der 2A im Querschnitt. Wie es in der 2B gezeigt ist, umfasst jede der Bohrungen 104, 106 und 108 vorzugsweise
jeweils abgeschrägte
innere Oberflächenbereiche 204, 206 und 208,
die das Einsetzen der Bauteile (zum Beispiel den Kolben 122,
die Einlaßmuffe 164 und
die Auslaßmuffe 172)
bei der Montage erleichtern. Die abgeschrägte innere Oberfläche 204 des
Zylinders 104 ist an einem proximalen Ende des Zylinders
angeordnet, in welches Ende der Kolben 122 eingesetzt wird, wenn
die Pumpenkassette zusammen gebaut bzw. montiert wird. Der maximale
innere Durchmesser D1 der abgeschrägten Fläche ist derart groß gewählt, dass
er den maximalen äußeren Durchmesser
des Kolbens 11 übersteigt,
wenn sich der Kolben in seiner Ruhekonfiguration vor dem ersten
Einsetzen des Kolbens in den Zylinder befindet. Der minimale innere
Durchmesser der abgeschrägten
inneren Fläche 210 (in
der 2C am besten zu sehen) übersteigt vorzugsweise
nicht den maximalen äußeren Durchmesser
des Kolbens, wenn sich der Kolben in seiner Ruhekonfiguration vor
dem ersten Einsetzen des Kolbens in den Zylinder befindet, und vorzugsweise ist
er im wesentlichen gleich dem Durchmesser D2 des Abschnitts des
Zylinders 104, der die Pumpenkammer 114 umfasst.
Wie es am besten in der 2C zu
sehen ist, umfasst der Zylinder 104 an seinem proximalen
Ende in der bevorzugten Ausführungsform
einen Kolbenlagerbereich 212, der distal zu der abgeschrägten inneren
Fläche 204 positioniert ist
und proximal zu der Pumpenkammer 114 des Zylinders positioniert
ist.
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Ein „Kolbenlagerbereich", wie hier benutzt, bezieht
sich auf einen Bereich des Zylinders, in den der Kolben eingesetzt
wird und während
des Versendens und der Lagerung gehalten wird, also vor dem Einsatz
der Pumpenkassette zum Pumpen. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Kolbenlagerbereich 212 eine am Umfang umlaufende
Einrückung
in dem Zylinder 104, die eine Form und Kontur hat, die
der Form und der Kontur einer außenliegenden, der Zylinderwand
gegenüberliegenden
Oberfläche
(zum Beispiel Oberfläche 214)
des Kolbens entspricht, und die einen maximalen inneren Durchmesser
hat (gleich dem gezeigten D1), der den maximalen äußeren Durchmesser
des Kolbens übersteigt,
wenn sich der Kolben in seiner Ruhekonfiguration vor dem ersten
Einsetzen des Kolbens in den Zylinder befindet. Der Kolbenlagerbereich
kann zwei Funktionen erfüllen.
Zuerst kann der Lagerbereich den aufgeweiteten Dichtflansch des
Kolbens aufnehmen, ohne dabei ei nen deformierenden Druck auf den
Kolben auszuüben.
Damit ist es ermöglicht
den Kolben mit zu sterilisieren, mit dem Rest der Anordnung und
er kann an Ort und Stelle während
des Versendens gelassen werden, ohne das Druck auf den aufgeweiteten
Dichtflansch ausgeübt
würde,
was ihn im Laufe der Zeit verformen könnte. Weiterhin schafft die
Verengung des Kolbenlagerbereichs (im abgeschrägten Bereich 216)
auf den Innendurchmesser der Pumpenkammer einen Widerstand gegenüber dem
anfänglichen
Einsetzen des Kolbens in die Pumpenkammer. Dieser Widerstand kann
es dem Kupplungsbereich der Kolbenstange des mechanischen Pumpenantriebs
ermöglichen
(zum Beispiel der Bereich 126 der Kolbenstange 124),
in einen hin- und hergehenden Stößel der
mechanischen Pumpenantriebseinheit hinein gedrückt und verriegelt zu werden,
ohne dass spezielle Werkzeuge oder Handlungen erforderlich wären, um
diesen Zusammenbau zu bewirken.
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Unter
Bezugnahme auf die 3 und 2B und 2C werden
einige bevorzugte Abmessungen und Konfigurationen der Kolben, die nach
der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, beschrieben werden.
Zu anfangs sollte festgestellt werden, dass funktionale oder optimale
Dimensionen und Konfigurationen für die Kolben variabel abhängen, von
zum Beispiel den Materialien, aus denen die Kolben gefertigt sind,
von dem inneren Durchmesser der Pumpenkammer, von dem gewünschten
Betriebsdruckbereich, vom Ausmaß der
Fluidleckage, die für
die spezielle Anwendung tolerierbar ist, und von der Dauer der Operation/der
Abnutzungrate des Kolbens, die wünschenswert
ist. Dementsprechend sollte die Auswahl der besonderen Werte für die unterschiedlichen
Durchmesser und Merkmale, die als akzeptabel gelten oder für die optimale
Leistung diskutiert werden, mittels Routine-Eignungstests bestimmt
werden, die die Fertigung und das Testen der Kassetten umfassen,
die Kolben einsetzen, die unterschiedliche Materialeigenschaften,
Konfigurationen und Abmessungen, usw. haben, nämlich unter aktuell gewünschten
Betriebsbedingungen, um zum Beispiel den maximalen Druck zu bestimmen,
der erzeugt werden kann, um die Leckrate zu bestimmen, um die Zeit
bis zum Ausfall zu bestimmen usw., und zwar für ein spezifisches Kolbendesign. Ähnliche
Betrachtungen sind ebenfalls relevant für das Design und die Herstellung
der Dichtkomponenten, die konfiguriert werden, um sie an einer Zylinderwand
zu positionieren, und zwar bei Ausführungsformen, die diese Dichtkomponenten
einsetzen. Solche Eignungstests umfassen lediglich Routineversuche
und Optimierungen, die der Fachmann leicht ausführen kann.
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Die
besonderen Abmessungen und Konfigurationen, wie unten diskutiert,
werden mit Bezug zu einer Pumpenkassette angegeben, die eine Pumpenkammer
hat, in der der Kolben sich hin und her bewegt, mit einem nominalen
inneren Durchmesser (I.D.) von etwa 9,525 mm (0,375 Zoll). In der 3 ist eine
bevorzugte Ausführungsform
gezeigt, bei der der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 132 des
Kolbens 122 einstückig
bzw. integral mit dem Hauptkörperabschnitt 140 des
Kolbens ausgebildet ist. „Integral
ausgebildet wie hier benutzt, bezieht sich auf den Dichtflanschabschnitt
und den Hauptkörper,
die eine einzige einheitliche Struktur ausbilden, jeweils aus dem
gleichen Material konstruiert. Ein „Hauptkörperabschnitt des Kolbens" bezieht sich auf
eine zentral angeordnete strukturelle Komponente des Kolbens, mit
der die Dichtkomponente (z.B. 130) verbunden ist. Wie vorher
diskutiert, im Kontext zu der 1, sind
der Kolben 122 und der aufgeweitete Dichtflansch 132 aus
einem halbfesten, nicht-elastischen Polymermaterial geformt. Es
ist im Kontext der vorliegenden Erfindung mit entdeckt worden, dass
bevorzugte Materialien zur Ausbildung des Kolbens 122, die
gewünschte
Verformungseigenschaften zeigen, einige spezifische Materialeigenschaften
aufweisen, die in bevorzugte Bereiche fallen, wie es im folgenden
gleich beschrieben wird.
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Der
Dichtflanschabschnitt des Kolbens, und bei bevorzugten Ausführungsformen
der gesamte Kolben, ist bzw. sind aus dem nicht-elastomeren Polymermaterial
konstruiert, welches bestimmte Bereiche von Materialeigenschaften
zeigt. Die Zugfestigkeit ist bevorzugt im Bereich von zwischen etwa 20,68
MPa (3000 psi) bis etwa 344,74 MPa (50000 psi), und besonders bevorzugt
zwischen etwa 55,16 MPa (8000 psi) bis etwa 241,32 MPa (35000 psi), und
inbesondere bevorzugt zwischen etwa 62,05 MPa bis 137,90 MPa (9000
bis etwa 20000 psi). Der Biegemodulus ist vorzugsweise in dem Bereich
zwischen etwa 689,48 MPa (100000 psi) und 4826,36 MPa (700000 psi),
und besonders bevorzugt in dem Bereich zwischen etwa 1378,96 MPa
(200000 psi) und etwa 3792,14 MPA (550000 psi), und sogar besonders
bevorzugt in dem Bereich zwischen etwa 2413,18 MPa (350000 psi)
und etwa 3102,66 MPa (450000 psi). Darüber hinaus sollte das Material
einen guten Abrasionswiderstand haben. Die oben erwähnten Eigenschaften
sollten vorhanden sein, wenn sich das Material bei etwa Raumtemperatur (z.B.
68–77
Grad F; 20–25
Grad C) befindet, oder bei der gewünschten Betriebstemperatur
des Kolbens. Im allgemeinen umfassen die Materialien, die für die Herstellung
der Dichtkomponente nach der vorliegenden Erfindung (z.B. die, die
mit dem Kolben, dem Zylinder und/oder dem Ventilteller in Verbindung
gebracht werden) verfügbar
sind, zumindest die Materialien, die oben für die Herstellung des Kolbens
und seiner Dichtkomponente diskutiert worden sind. Die spezielle
Auswahl hängt
von strukturellen und operativen Details des spezifischen Systems
ab, umfassend die Betriebsdrücke
und die relative Größe des Kolbens
und/oder der Dichtkomponenten und des Zylinders. Optionale Materialien
für eine
spezielle Anwendung können
einfach ausgewählt
werden, aus der Liste der verfügbaren
Materialien oder andere geeignete Materialien können durch Routinetests oder Optimierung
gefunden werden, wie oben bereits beschrieben und wie unten noch
folgend. Es ist bekannt, dass die offensichtlichen Materialeigenschaften
der Polymer-Materialien
merklich von Charge- zu Charge-Formulierungen abweichen können, abhängig von
zum Beispiel den Details der Verarbeitung und damit sind die obigen
Bereiche der Eigenschaften der Materialien als Leitlinie zu nehmen,
und zwar für
die Auswahl oder Formulierung von möglicherweise geeigneten Materialien.
Das aktuelle Geeignetsein einer besonderen polymeren Material-Formel sollte
durch analytische Tests bzw. Experimente bestimmt bzw. bestätigt werden.
Einige Polyamide (z.B. Nylon 6,6 und Acetate (z.B. DELRIN®))
wurden als geeignet aufgefunden, zum Einsatz bei der Erzeugung von
Formulierungen mit den oben erwähnten Eigenschaften,
und diese können
als Modell-Materialien genutzt werden, zur Führung der Auswahl von anderen
Kandidaten von Materialien, die für diesen Gebrauch geeignet
oder bevorzugt sind.
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In
der in der 3 gezeigten Ausführungsform
umfasst der Kolben 122 eine Dichtkomponente 130,
die derart geformt ist, dass sie einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt 132 aufweist,
der derart konstruiert und angeordnet ist, dass er Kontakt mit einer
innenliegenden Fläche 134 des
Zylinders 104 während
des Betriebs herstellt. Bei bevorzugten Ausführungsformen weist der aufgeweitete
Dichtflanschabschnitt 132 eine vorbestimmte Länge 220 auf und
erstreckt sich weg von dem Hauptkörperabschnitt 140 des
Kolbens, um so einen auskragenden und am Umfang um laufenden Flansch
daran auszubilden. In der gezeigten Ausführungsform liegt die vordefinierte
Länge 220 des
Flansches 132 vorzugsweise zwischen etwa 0,0254 mm (0,01
Zoll) und etwa 0,508 mm (0,2 Zoll), besonders bevorzugt zwischen etwa
0,0508 mm (0,02 Zoll) und etwa 0,254 mm (0,1 Zoll), und besonders
bevorzugt zwischen etwa 0,1524 mm (0,06 Zoll) und etwa 0,2032 mm
(0,08 Zoll). Ein „auskragender
am Umfang umlaufender Flansch",
wie hier im Kontext mit den Kolben/Zylinder-Dichtkomponenten benutzt, die nach der
vorliegenden Erfindung vorzusehen sind, bezieht sich auf einen Flansch,
der am gesamten äußeren Umfang des
Hauptkörperabschnitts
des Kolbens oder des Hauptkörperabschnitts
des mit dem Zylinder eingreifenden Dichtelements umläuft, welches
an dem Zylinder () positioniert ist und an dem Hauptkörperabschnitt
(z.B. siehe 17A bis 17D)
angebracht ist, entlang einer seiner Seiten, während er zumindest zwei weitere
Seiten oder Flächen
hat (z.B. an dem Abschnitt 222 des Hauptkörpers des
Kolbens), die nicht dort angebracht sind oder nicht integral sind mit
dem Hauptkörperabschnitt
des Kolbens oder der Dichtkomponente (z.B. kann der Flansch eine
dreieckförmige
Querschnittsform oder einen Querschnitt in Form eines Trapez oder
Rechtecks aufweisen).
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform,
die gezeigt ist, erstreckt sich der erweiterte Dichtflanschabschnitt 132 des
Kolbens axial weg von dem Abschnitt 222 des Haupt körpers des
Kolbens, an dem der aufgeweitete Dichtflansch angebracht ist, und
er ist derart konstruiert und angeordnet, dass er Kontakt mit der
innenliegenden Oberfläche 134 des
Zylinders 104 herstellt, wodurch eine Abdichtung zwischen dem
Dichtflanschabschnitt und der inneren Oberfläche des Zylinders erzeugt wird,
die dazu fähig
ist, der gewünschten
Betriebsdruckdifferenz zu widerstehen (z.B. von zumindest 6,90 MPa
(1000 psi)), ohne das eine bemerkenswerte Leckage an Fluid dort
hindurch auftritt, nämlich
während
des Betriebs der Pumpenkassette. Der Begriff „erstreckt sich axial weg" von einem Abschnitt,
an dem er angebracht ist, eines Hauptkörperabschnitts des Kolbens
oder eines Zylinder-Eingriffshauptkörperabschnitts einer Dichtkomponente,
positioniert an einem Zylinder einer Pumpenkassette, wie er hier
für den
aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt benutzt wird, bezieht sich auf
die am weitesten distal und/oder proximal angeordnete Fläche des
Dichtflanschabschnitts, die axial weg von dem Punkt der Anbringung
an einem solchen Hauptkörperabschnitt
angeordnet ist. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt
der Dichtkomponente derart konfiguriert, dass er sich radial weg
von dem Abschnitt erstreckt, an dem er angebracht ist, nämlich an
dem Hauptkörperabschnitt
des Kolben-/Zylinder-Eingriffshauptkörperabschnitts. Ein aufgeweiteter
Dichtflanschabschnitt des Kolbens, der sich „radial weg von" dem Abschnitt erstreckt,
an dem er angebracht ist, nämlich
an dem Hauptkörperabschnitt
des Kolbens, wie hier benutzt, bezieht sich auf den aufgeweiteten
Dichtflanschabschnitt, der den größten Außendurchmesser hat, der den
größten Außendurchmesser
des Hauptkörperabschnitts
des Kolbens übersteigt.
Analog bezieht sich ein aufgeweiteter Dichtflanschabschnitt einer
Dichtkomponente, der an einem Pumpenkammerzylinder positioniert
ist, und der sich „radial
nach innen von dem Zylinder-Eingriffshauptkörperabschnitt" erstreckt, wie hier
benutzt, auf den aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt, der den kleinsten
Innendurchmesser hat, der geringer ist als der kleinste Innendurchmesser
des Zylinder-Hauptkörperabschnitts
(siehe die 17A und 17B).
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen,
wie dargestellt, erstreckt sich der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt
ebenfalls in distaler Richtung, von einem am weitesten entfernten
distalen Abschnitt 230 des Hauptkörperabschnitts des Kolbens oder
eines Zylinder-Eingriffsabschnitts einer Dichtkomponente, die an
einem Pumpenkammerzylinder positioniert ist.
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Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen ist
der Kolben, die gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen werden, und wie zum Beispiel wie in der 3 dargestellt,
derart geformt und innerhalb des Zylinders positioniert, wenn zusammen
gebaut, dass alle Fluidkontaktflächen
im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Zylinders orientiert
sind und direkt von der Kolbenstange unterstützt sind. Bei Ausführungsformen;
bei denen alle diese Flächen nicht
direkt von der Kolbenstange abgestützt werden, also zum Beispiel
wie in den 12A und 12D bis 12F dargestellt, ist es vorzuziehen, dass jede Fluidkontaktfläche, die
im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Zylinders ausgerichtet
ist, und die nicht direkt durch die Kolbenstange abgestützt wird,
eine minimale Querschnittsdicke hat, die die minimale Querschnittsdicke
des Zylinder-Dichtflanschabschnitts der Dichtkomponente des Kolbens übersteigt,
vorzugsweise um zumindest den Faktor 2, noch bevorzugter um zumindest
den Faktor 5 und besonders bevorzugt um zumindest den Faktor 7.
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Wie
es in der 3 dargestellt ist, umfasst der
Kolben 122 eine Vielzahl von Fluidkontaktflächen 232,
die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 110 des Zylinders 104 ausgerichtet
sind, wenn die Kolbenanordnung in einer operativen Konfiguration in
der Pumpenkassette installiert ist, wie es in der 1 gezeigt
ist. Die Flächen
des Kolbens sind „direkt
abgestützt" durch die Kolbenstange,
wenn eine Linie, die man durch die Fläche zieht, in einer Richtung
im wesentlichen parallel zu der Längsachse der Kolbenstange/des
Zylinders die Kolbenstange oder ein stabiles Tragelement direkt
schneidet, welches durch die Kolbenstange gestützt ist. „Direkt schneidet", wie hier benutzt,
bezieht sich auf eine solche Linie bzw. Gerade, die von dem Kolben
zu der Stange und/oder dem Tragelement verläuft, ohne zuerst durch irgendwelche
dazwischen liegende nicht-stützende
Schichten, Lücken
usw. hindurchzutreten. In der Ausführungsform, die in der 3 gezeigt
ist, sind alle Fluidkontaktflächen 232,
die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 110 orientiert sind, „direkt
abgestützt", nämlich durch
die Kolbenstange 124.
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Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen,
wie z.B. in der 3 dargestellt, sind alle innenliegenden
Flächen,
die der Kolbenstange des Kolbens zugewandt sind, derart geformt
und angeordnet, dass nach dem Koppeln des Kolbens und der Kolbenstange
im wesentlichen alle solchen Flächen des
Kolbens in direktem Kontakt mit der Kolbenstange oder einem Sicherungselement
stehen, welches durch die Kolbenstange „getragen" ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, und
unter Bezugnahme auf die 3, stehen
die innenliegenden Oberflächen 234 des
Kolbens 122, die der Kolbenstange zugewandt sind, in direktem
Kontakt mit der Kolbenstange 124. „Innenliegende Flächen, die
der Kolbenstange zugewandt sind" des
Kolbens, wie hier benutzt, bezieht sich auf Flächen des Kolbens, die vom Fluid
nicht benetzt werden, und die in Kontakt stehen mit der Oberfläche der
Kolbenstange oder einem Tragelement, welches von der Kolbenstange
getragen ist. „Getragen
ist", wie hier im
obigen Kontext benutzt, bezieht sich auf ein solches Tragelement,
welches sich in direktem Kontakt mit der Kolbenstange oder in Kontakt mit
einem oder mehreren Elementen befindet, von denen zumindest eines
in direktem Kontakt mit der Kolbenstange steht (z.B. in Kontakt
mit einem von einer Reihe von Abstandshaltern, von denen zumindest
einer in direktem Kontakt mit der Kolbenstange steht).
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Wie
es oben im Kontext zu der 1 diskutiert
worden ist, kann der Kolben 122 mit der Kolbenstange 124 über eine
breite Vielfalt von Kupplungsmitteln gekoppelt werden. Wie es in
der 3 dargestellt ist, ist der Kolben 122 übergegossen
auf das distale Ende der Kolbenstange 124. Alternative
Mittel zum Koppeln des Kolbens an die Kolbenstange, für Ausführungsformen,
bei denen der Kolben nicht integral mit der Kolbenstange ausgeführt ist,
umfassen, aber sind nicht darauf beschränkt, Preßpassungen oder Einschnapppassungen
des Kolbens mit dem Ende der Kolbenstange, oder die Anbringung des Kolbens
an der Kolbenstange mittels Schrauben, Stiften, Nieten, usw., sowie
eine Überlagerungspassung
dazwischen, zum Beispiel mittels eines Hakens und einer Öffnung;
und möglicherweise
eine breite Vielfalt an anderen Kupplungsmitteln, die dem Fachmann
sowieso geläufig
sind.
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Vorzugsweise
weist der Dichtflanschabschnitt 132 des Kolbens 122 einen
maximalen Außendurchmesser
D3 auf, der groß genug
ist, dass zumindest ein Abschnitt der Dichtflansches im wesentlichen
in andauerdem Kontakt mit der Innenfläche 134 der Pumpenkammer 114 ist,
während
der Kolben sich hin und her bewegt. Diese Anordnung kann erreicht
werden, indem der Dichtflanschabschnitt 132 geformt wird,
so dass der maximale Außendurchmesser
D3, wenn der Dichtflansch sich in einer unbelasteten, spannungsfreien
Konfiguration (d.h. vor dem Einsetzen in den Zylinder bei der Montage
der Pumpenkassette) befindet, den Innendurchmesser D2 (siehe 2B und 2C)
der Pumpenkammer 1145 übersteigt.
Da der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 132 verschwenkbar
und flexibel ist, mit Bezug zu dem Hauptkörperabschnitt 140 des
Kolbens 122, nach dem Einsetzen des Kolbens in die Pumpenkammer 114,
verformt sich der Kolben derart, dass er einen maximalen fluidbenetzten
Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser
D2 der Pumpenkammer 114 ist. „Falls unbelastet" oder „in einer
spannungsfreien Konfiguration" oder „ohne Last" oder „lastfreie
Konfiguration" oder ähnliche
Begriffe, wie hier benutzt, um einen Zustand von verschiedenen Komponenten
der vorliegenden Erfindung (z.B. der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt des
Kolbens, der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt der zylinder-positionierten
Dichtkomponente, die Ventildichtelemente, die proximalen Dichtflansche der
gleitenden Kolben, usw.) zu beschreiben, bezieht sich auf solche
Komponenten, die ohne aufgebracht Kräfte auf die Komponenten konfiguriert
sind, die dazu neigen den maximalen Außendurchmesser zu re duzieren
oder den minimalen Innendurchmesser zu erhöhen, für den Fall von zylinder-positionierten Dichtkomponenten,
von den Komponenten, oder die anderenfalls ihre Konfiguration und/oder
ihre Abmessungen verändern.
Ein „maximaler
fluidbenetzter Durchmesser" des
Kolbens, wie oben benutzt, bezieht sich auf den maximalen Durchmesser
aller fluidbenetzten Flächen,
die dem distalen Ende des Kolbens zugewandt sind, projiziert auf
eine Ebene, die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse
des Zylinders verläuft.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
weist der Dichtflanschabschnitt 132 des Kolbens 122 ebenso
einen maximalen Außendurchmesser
D3 auf, der den maximalen Außendurchmesser
D4 des Hauptkörperabschnitts 140 des
Kolbens übersteigt. Darüber hinaus
ist der maximale Außendurchmesser D4
des Hauptkörperabschnitts 140 des
Kolbens kleiner als der Innendurchmesser D2 der Pumpenkammer 114.
Bei bevorzugten Ausführungsformen
weist der Dichtflanschabschnitt 132 des Kolbens 122 einen maximalen
Außendurchmesser
D3 auf, falls in einer unbelasteten Konfiguration, vor dem Einsetzen
in den Zylinder, während
der Montage der Pumpenkassette, welcher den maximalen Außendurchmesser D4
des Hauptkörpers 140 des
Kolbens um zumindest 1% übersteigt,
bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
um zumindest 3% übersteigt,
bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
um zumindest 5% übersteigt,
bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
um zumindest 10% übersteigt,
sowie bei einer bevorzugten Ausführungsform
um etwa 6% übersteigt.
Der besonders bevorzugte größere Durchmesser
hängt von
dem Material ab, dem Betriebsdruck, der gewünschten Lebensdauer des Kolbens,
sowie anderen konstruktiven Parametern. Bei bevorzugten Ausführungsformen
weist die Pumpenkammer 114 auch einen Innendurchmesser
D2 auf, der den maximalen Außendurchmesser
D4 des Hauptkörpers 140 des
Kolbens 122 übersteigt,
ist jedoch nicht größer als,
und ist in einigen Ausführungsformen
kleiner als, der maximale Außendurchmesser D3
des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 des Kolbens,
wenn sich dieser im nicht belasteten Zustand vor dem Einsetzen in
den Zylinder während der
Montage der Pumpenkassette befindet. Der Durchmesser D2 der Pumpenkammer
kann in einigen Fällen
im wesentlichen gleich sein wie der maximale Außendurchmesser D3 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts,
ist jedoch typischerweise um zumindest 0,5% kleiner, bei anderen
bevorzugten Ausführungsformen
um zumindest 1% kleiner, bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
um zumindest 1,5% kleiner, bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
um zumindest 2% kleiner, sowie bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
um zumindest 3% kleiner und bei noch anderen bevorzugten Ausführungsformen
um zumindest 4% oder mehr kleiner.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
ist der Durchmesser des Hauptkörperabschnitts
des Kolbens kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders. Zum
Beispiel ist in einem Zylinder, der einen Innendurchmesser von 9,525
mm (0,375 Zoll) hat, der Spalt zwischen dem Hauptkörperabschnitt
des Zylinders und der Innenoberfläche des Zylinders zumindest
0,0508 mm (0,002 Zoll), oder etwa 1%. In Abhängigkeit von den Besonderheiten
des Systems können
bevorzugte Spalte größer sein,
etwa 1,5%, 2%, 2,5% oder 3% oder mehr.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
ist der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt derart konfiguriert,
dass eine erste Oberfläche 236 des
aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts, benachbart und der Innenoberfläche 134 der
Pumpenkammer 114 zugewandt, einen ersten Winkel A1 mit
Bezug zu der Längsachse 110 des
Zylinders ausbildet, sowie eine zweite Oberfläche 238 des aufgeweiteten
Dichtflanschabschnitts, die der Zylinderbohrung zugewandt ist, einen
zweiten Winkel A2 ausbildet, mit Bezug zu der Längsachse des Zylinders, wobei
der erste Winkel A1 größer als
0 Grad ist, wobei der zweite Winkel A2 kleiner als oder gleich 90
Grad ist, sowie der zweite Winkel A2 größer ist als der erste Winkel
A1. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen
liegt der erste Winkel A1 zwischen etwa 1 Grad und etwa 20 Grad,
sowie der zweite Winkel A2 zwischen etwa 10 Grad und etwa 90 Grad
liegt. In einigen sogar noch bevorzugteren Ausführungsformen ist der erste
Winkel A1 zwischen etwa 3 Grad und etwa 12 Grad, während der
zweite Winkel A2 zwischen etwa 15 Grad und etwa 30 Grad liegt. Bei
einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt der erste
Winkel A1 zwischen etwa 6 Grad und etwa 8 Grad, sowie der zweite
Winkel A2 zwischen etwa 20 Grad und etwa 25 Grad liegt.
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Der
aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 132 weist eine minimale
Querschnittsdicke 240 auf, die in Abhängigkeit von der Größe der Pumpenkammer 114 und
den anzunehmenden Betriebsdrücken
ausgewählt
wird, beim Einsatz der Pumpenkassette.
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Die
Querschnittsdicke 240 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 und
die vordefinierte Länge 220 des
aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 neigen dazu annähernd linear
mit dem Durchmesser der Pumpenkammer 114 zu variieren,
in der der Kolben 122 sich hin und her bewegt, während des
Betriebs der Pumpenkassette. Eine Pumpenkammer, die einen Innendurchmesser
D2 von etwa 9,525 mm (0,375 Zoll) hat, wie oben erläutert, ist
die minimale Querschnittsdicke 240 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 bei
Betriebsdrücken
von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) bevorzugte zumindest 0,127 mm
(0,005 Zoll), besonders bevorzugt zwischen etwa 0,127 mm (0,005
Zoll) und etwa 1,27 mm (0,05 Zoll), sogar mehr bevorzugt zwischen
etwa 0,254 mm (0,01 Zoll) und etwa 0,655 mm (0,025 Zoll), und bei
einer bevorzugten Ausführungsform etwa
0,533 mm (0,021 Zoll). Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt die minimale
Querschnittsdicke 240 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 zwischen
etwa 1% und etwa 15% des maximalen Außendurchmessers D3 des aufgeweiteten
Dichtabschnitts des Kolbens, wenn dieser sich im nicht belasteten
Zustand befindet, vor dem Einsetzen in den Zylinder bei der Montage
der Pumpenkassette, sowie bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
sie zwischen etwa 2% und etwa 7% liegt, bei einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
zwischen etwa 2,5% und etwa 3% des maximalen Außendurchmessers D3 liegt.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
liegt die maximale axiale Dicke 242 des Kolbens 122, auch
für die
unmittelbar oberhalb diskutierten Zustände, zwischen etwa 1,016 mm
(0,04 Zoll) und etwa 8,128 mm (0,32 Zoll), bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
zwischen etwa 2,032 mm (0,08 Zoll) und etwa 6,35 mm (0,25 Zoll),
und bei einer bevorzugten Ausführungsform
zwischen etwa 2,54 mm (0,10 Zoll) und etwa 4,064 mm (0,16 Zoll).
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Eine „maximale
axiale Dicke" des
Kolbens, wie hier benutzt, bezieht sich auf die maximale Abmessung
der Oberfläche
des Kolbens, die nicht zur Kolbenstange zeigt, gemessen entlang
der axialen Richtung (d.h. parallel zu der Achse 110).
Es ist anzumerken, dass die optimale maximale axiale Abmessung des
Kolbens dazu neigt zu variieren, in Abhängigkeit von dem Betriebsdruck
der Pumpenkassette, in der der Kolben eingesetzt werden wird. Im allgemeinen
sollte für
höhere
Drücke
die maxi male axiale Dicke relativ geringer sein, als für niedrigere Drücke, um
zu verbindern, dass sich der Hauptkörperabschnitt des Kolbens ausbaucht
und übermässig erweitert,
während
der Benutzung, wodurch ein ungewöhnlicher
Widerstand gegen die Bewegung erzeugt würde und übermässige Abnutzung des Kolbens
während
des Betriebs auftreten würde.
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In
der 4A ist eine Querschnittansicht
eines Kolbens 250 gezeigt, der im Design im wesentlichen ähnlich ist
zu dem Kolben 122, der vorher erläutert worden ist, mit der Ausnahme,
dass der Kolben 250 einen Hauptkörperabschnitt 252 hat,
dessen Gesamtheit im wesentlichen vollständig distal von dem am weitesten
entfernten Abschnitt einer Kolbenstange positioniert ist, an der
der Kolben 250 angekoppelt ist. Somit ist der Kolben 250,
wenn er in einer operativen Konfiguration auf der Kolbenstange installiert ist,
vollständig
distal an der Kolbenstange positioniert. Der Hauptkörperabschnitt 252 des
Kolbens 250 umfasst eine mittig angeordnete Öffnung 254,
die wahlweise mit einem Gewinde versehen sein kann, durch die ein
Kupplungselement hindurch treten kann, welches dazu dient, den Kolben 250 mit
der Kolbenstange zu verbinden bzw. zu koppeln. Wie vorher diskutiert,
kann ein solches Kupplungselement aus einer breiten Vielzahl von
gut bekannten Kupplungsmitteln ausgewählt werden, umfassend beispielsweise
eine Schraube, einen Stift, eine Niete, einen Stopfen, einen Haken,
usw. Abmessungen und Komponenten, die im wesentlichen ähnlich sein
können
wie die mit Bezug zum Kolben 122 oben diskutierten, sind
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Eine
alternative Ausführungsform
zu dem Kolben 250, der in der 4A dargestellt
ist, ist in der 4B gezeigt, und zwar der Kolben 260.
Der Kolben 260 ist im wesentlichen ähnlich zu dem vorher beschriebenen
Kolben 250, mit der Ausnahme, dass ein distaler, mittig
angeordneter Abschnitt 262 des Hauptkörperabschnitts 264 konfiguriert
ist, um sich in distaler Richtung bis zu einer Stelle zu erstrecken,
die im wesentlichen koplanar zu der am weitesten am Ende befindlichen
Oberfläche 226 des
aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 ist. Die Konfiguration
des Kolbens 260 kann insbesondere nützlich bei Anwendungen sein,
die einen geringen volumetrischen Hubraum und/oder geringe Pumpenhublängen involvieren,
da das Totvolumen von nicht gefördertem
Fluid, wenn der Kolben 260 in seinem Totpunkt positioniert
ist, d.h. am distal am weitest entfernt liegenden Ende der Pumpenkammer,
am Ende seines Förderhubs,
reduziert ist, und zwar verglichen mit den vorher dargestellten
und beschriebenen Kolben 250 und 122.
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Bei
der weiteren Ausführungsform
(4C) kann der Kolben 261 ein zusätzliches
Druckverteilungselement 263 haben, distal zu dem aufgeweiteten
Dichtflansch 236 liegend. Der Verteiler weist vorzugsweise
einen flachen zylindrischen Kopf 265 auf, der einen Durchmesser
hat, der nominell gleich dem Durchmesser des Zylinders ist, in dem
der Kolben sich hin und her bewegt (z.B. siehe D2 in der 2C). Dieser distale Verteiler 263 verjüngt sich
im Querschnitt vorzugsweise bei 267, und eine Dichtkomponente 130 ist
im wesentlichen identisch zu der, die in den 4A und 4B gezeigt
ist und ist proximal zu dem Verteiler vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform
ist der Kolben derart konfiguriert, dass er an einem metallischen
Kolbenträger
angekoppelt werden kann, der einen mittigen Stift (nicht gezeigt)
hat, der sich in die Bohrung 269 des Kolbens erstreckt.
Dieser Träger
kann dann mit der Kolbenstange verbunden werden. Der gesamte Kolben kann
aus einem Material gefertigt werden, welches von dem Typ ist, der
für die
anderen Versionen des aufgeweiteten Kolbens eingesetzt wird. Im
Betrieb, so wird angenommen, wird der Druck-Verteiler rasch abgetragen, so dass
er einen Durchmesser hat, der geringfügig weniger ist als der Durchmesser
des Zylinders der Pumpenkassette, während der Flansch (z.B. bei 236)
weiterhin den abdichtenden Kontakt zu dem Zylinder herstellt. Da
es einen signifikanten Druckabfall über den Verteiler geben kann,
kann ein geringerer Druck an dem Flansch anliegen, so dass im Ergebnis
eine geringere Gleitreibung vorherrscht, so dass sich dieser nicht
so schnell abnützt.
Der aufgeweitete Dichtflansch kann möglicherweise und ebenso nach
der vorliegenden Ausführungsform
einen höheren
Druck erreichen/erzeugen, und zwar für ein bestimmtes Konstruktions-Material.
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Während des
Betriebs und während
des „Einlaufens" kann, bei einigen
Ausführungsformen, eine
gewisse Menge an Fluid-Leckage über
die Dichtung auftreten, die zwischen dem Pumpenkammerzylinder und
dem Kolben bzw. der Kolbenstange durch die Dichtkomponente ausgebildet
ist. Das Ausmaß dieser
Leckage während
des Einlaufens bzw. der Einlaufphase ist variabel und kann praktisch
Null sein. Wenn ein solcher Zustand vorhanden ist, so dauert er
typischerweise lediglich wenige Sekunden und weniger typisch einige
Minuten. Vorzugsweise überschreitet
die Einlaufzeitspanne nicht mehr als 1000 Hübe des Kolbens.
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Während des
typischen Betriebs der Pumpenkassette, die den Kolben umfasst, der
Dichtkomponenten daran aufweist, beginnt der Kolben unter dem Druck
sich zu verformen, so dass sich jegliche Leckage-Rate während des
Einlaufens reduziert und wobei der maximal erzeugbare Druck ansteigt.
Während
eines zweiten Zeitintervalls (Hauptbetriebszustand) wird angenommen,
dass zumindest bei einigen Ausführungsformen
sich der Dichtflanschabschnitt und der Hauptkörperabschnitt des Kolbens verformen,
so dass zumindest ein Abschnitt des Hauptkörperabschnitts des Kolbens,
in der Nähe
des Dichtflansches, sich radial erweitert hat, um einen dichtenden,
gleitenden Kontakt mit der Innenoberfläche des Zylinders der Pumpenkammer
herzustellen. Es wird angenommen, dass, wenn der Kolben integral
aus den oben erwähnten
nicht-elastomeren Polymermaterialien geformt ist, diese Verformung
eine im wesentlichen irreversible Verformung ist.
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Eventuell
und nach einer ausreichenden Dauer des Betriebs nutzt das Material,
aus dem die Dichtkomponenten nach der vorliegenden erfindungsgemäßen Pumpenkassette
gebildet sind, ab, nämlich
bis zu einem Punkt, an dem das Ausmaß der Abdichtung zwischen dem
Kolben/der Kolbenstange und der innenliegenden Oberfläche des
Zylinders deutlich verringert ist, so dass die Leckrate durch die Dichtung
ansteigt und der maximale Druck, der durch die Pumpenkassette erzeugt
werden kann, reduziert wird. Typischerweise ist die Lebensdauer
der Pumpenkassette als der Punkt definiert, an dem die Leckrate
durch die Dichtung nicht mehr akzeptabel ist, und der maximale Druck,
der durch die Pumpenkassette erzeugt werden kann, und zwar unter
bestimmten Betriebsbedingungen, unterhalb eines gewünschten
Wertes abfällt.
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Die
nutzbare Lebensdauer der Pumpenkassette kann weit streuen, in Abhängigkeit
von den Anforderungen durch die spezifische Anwendung. Beim Einsatz
als wegwerfbare medizinische Einrichtung kann die Lebensdauer sehr
kurz sein und nur eine Minute betragen, jedoch kann die Lebensdauer
auch etwa 3 bis 10 Minuten betragen, vorzugsweise zumindest 15 bis
30 Minuten, und beim Einsatz in längeren chir urgischen Operationen
oder für
die wiederholte Nutzung (zum Beispiel zur Wundausschneidung) kann
die nutzbare Lebensdauer vorzugsweise und zumindest eine Stunde
der aktuellen Pumpzeitspanne betragen. Für andere Einsatzzwecke der Pumpe
können
längere
Lebensdauern im Bereich von etwa 1 Stunde bis 24 oder 48 Stunden
wünschenswert
sein, und eine lange (Tage bis Wochen oder Monate) Lebensdauer der
Pumpe kann in einigen Fällen
auch nützlich
sein. Die Technik für
die Verlängerung
der Lebensdauer der Dichtung wird unten beschrieben werden.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
beträgt die
Lebensdauer der Pumpenkassette unter Betriebszuständen, die
das Pumpen von Flüssigkeiten mit
einem Druck von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) umfasst, etwa zwischen
1 Stunde und 24 Stunden. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird auch der Kolben
und/oder die Kolbenstange innerhalb des Zylinders mit einer sehr
hohen Geschwindigkeit während
des Betriebs der Pumpenkassette hin und her bewegt. Bei bevorzugten
Ausführungsformen
ist die maximale Geschwindigkeit des Kolbens und/oder der Kolbenstange
während
der Hin- und Herbewegung zumindest 20,32 mm/s (4 Fuß pro Minute),
bei anderen Ausführungsformen
zumindest 40,64 mm/s (8 Fuß pro
Minute), bei anderen Ausführungsformen
zumindest 60,96 mm/s (12 Fuß pro
Minute), bei anderen Ausführungsformen
zumindest 81,28 mm/s (16 Fuß pro
Minute), bei anderen Ausführungsformen
zumindest 121,92 mm/s (24 Fuß pro
Minute), bei anderen Ausführungsformen
zumindest 162,56 mm/s (32 Fuß pro
Minute), bei anderen Ausführungsformen
zumindest 264,16 mm/s (52 Fuß pro
Minute), bei anderen Ausführungsformen
zumindest 325,12 mm/s (64 Fuß pro
Minute) und in noch anderen Ausführungsformen
zumindest 650,24 mm/s (128 Fuß pro
Minute). Einige-typische Beispiele von Pumpenkassetten, die gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen sind und die konfiguriert sind für medizinische
oder chirurgische Pumpenanwendungen, haben Geschwindigkeiten, die
in den Bereich von etwa 81,28 mm/s bis etwa 325,12 mm/s (16 bis
etwa 64 Fuß pro Minute)
fallen, jedoch kann die spezifische Geschwindigkeit weit streuen,
je nach Abhängigkeit
von zum Beispiel dem Durchmesser der Pumpenkammer, der Länge des
Hubs und der gewünschten
Rate der Zuführung
von Fluid. Die aktuelle Kolben-/Kolbenstangen-Geschwindigkeit für eine bestimmte
Zufuhrrate kann einfach berechnet werden, nämlich aus den oben erwähnten Parametern,
was jedoch für
den Fachmann offensichtlich ist.
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Die 5A bis 5C zeigen
noch detailliertere Ansichten einer Ausführungsform eines Ventiltellers 186 (vorher
in der 1 gezeigt). Der Teller 186 umfasst
ein aufgeweitetes Dichtelement 188, umfassend eine Schließfläche 200,
die positioniert ist, um einem Ventilsitz gegenüber zu liegen, wenn ein Ventil,
welches den Teller umfasst, für
den Betriebszustand zusammen gebaut wird, wie es zum Beispiel in
der 1 vorher schon erläutert worden ist. In bevorzugten
Ausführungsformen
ist die Schließfläche 200 konstruiert
und positioniert, um einen dichtenden Kontakt zu einem Ventilsitz
herzustellen, wodurch eine Abdichtung ausgebildet wird, wenn ein
Ventil, welches den Teller inkorporiert, sich in einem geschlossenen
Zustand befindet, wobei die so ausgebildete Dichtung im Stande ist,
einer Druckdifferenz von zumindest 6,90 MPa (1000 psi) zu widerstehen,
ohne eine bemerkenswerte Leckage dort hindurch, vorzugsweise zumindest
34,4 MPa (5000 psi), noch mehr vorzugsweise 55,16 MPa (8000 psi), bei
anderen bevorzugten Ausführungsformen
zumindest 103,42 MPa (15000 psi), bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
zumindest 137,90 MPa (20000 psi), bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
zumindest 206,84 MPa (30000 psi), und bei noch anderen bevorzugten
Ausführungsformen
zumindest 344,74 MPa (50000 psi).
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Das
Dichtelement 188 ist vorzugsweise aus einem elastischen
Material gebildet. Bei bevorzugten Ausführungsformen und wie unten
diskutiert, ist die Schließfläche des
Dichtelements auch konkav in der Form und derart geformt und dimensioniert
ausgebildet, dass ein Druck, der auf das Dichtelement einwirkt,
nämlich
in einer solchen Richtung, dass diese Kraft die Schließfläche gegen
den Ventilsitz presst, die Schließfläche verformt, sodass der maximale Umfang
der Schließfläche vergrößert wird
und der Kontaktbereich zwischen der Schließfläche und dem Ventilsitz vergrößert wird,
wodurch ein mechanischer Vorteil erzeugt wird, der die Leistung
der Dichtung verbessert. Typischerweise passiert das mittels des Drucks,
der gegen das Dichtelement wirkt, in einer Richtung, die die Schließfläche gegen
den Ventilsitz drückt,
so dass die konkave Oberfläche
gegen den Ventilsitz drückend
flacher wird. Während
der Teller 186 und/oder das Dichtelement 188 möglicherweise aus
einer Vielzahl von Materialien konstruiert sein können, zum
Beispiel aus all den Materialien, die bereits oben diskutiert worden
sind, mit Bezug zur Ausbildung der Kolben und Kolben-Zylinder- Dichtkomponenten,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen werden, ist das Dichtelement in bevorzugten
Ausführungsformen
aus einem Polymer-Material hergestellt, vorzugsweise durch Einspritzgiessen. Bei
besonders bevorzugten Ausführungsformen
ist das Polymer-Material nicht-elastomer ausgebildet. Bei einigen
bevorzugten Ausführungsformen
kann das Material das Gleiche sein wie für die Kolben und/oder Kolben-/Zylinder-Dichtkomponenten
der Pumpenkassette. Die Schließfläche 200 des
Dichtelements 188 ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass
sie einen fluidundurchlässigen
umlaufenden Flansch 202 aufweist, der eine Konfiguration
und eine Geometrie hat, die dem aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt 132 der
oben beschriebenen Kolben 122, 250 und 260 ähnelt.
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Der
Ventilteller 186 umfasst weiterhin einen wahlweisen Körperabschnitt 290,
an dem das Dichtelement 188 und der fluidundurchlässige Flansch oder
die Lippe 202 angebunden sind, so dass sie sich von dort
weg erstrecken, in Richtung des Ventilsitzes, wenn der Teller in
einer operativen Ventilkonfiguration eingebaut ist. Der Teller 186 umfasst
eine Fläche 292,
die derart positioniert ist, dass sie von dem Ventilsitz weg zeigt,
wenn der Teller in einer operativen Konfiguration installiert ist,
und derart konfiguriert ist, dass er ein Druckelement, zum Beispiel
eine Schraubenfeder 196 unterstützt, die vorher in der 1 gezeigt
worden ist, welches dazu neigt, die konkave Schließfläche 200 gegen
den Ventilsitz zu pressen. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind der Körperabschnitt 290 des
Ventiltellers 186 und das Dichtelement 188, umfassend
den fluidundurchlässigen umlaufenden
Flansch 202 integral aus einem einzigen Element geformt,
zum Beispiel durch Einspritzgiessen eines Polymermaterials.
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Unter
Bezugnahme auch auf die 2B hat bei
bevorzugten Ausführungsformen
die Bohrung der Pumpenkassette, in die der Teller eingesetzt wird (zum
Beispiel die Bohrungen 106 und 108 der Pumpenkassette 100)
einen Innendurchmesser D5, der geringfügig größer ist als der maximale Außendurchmesser
D6 des Körperabschnitts 290 des
Tellers 186, um eine enge Gleitpassung auszubilden und
um ein übermässiges seitliches
Spiel in der Bohrung zu vermeiden. In der bevorzugten Ausführungsform
ist zum Beispiel der Innendurchmesser D5 etwa 7,97 mm (0,312 Zoll),
während
der maximale Außendurchmesser
D6 des Körperabschnitts 290 des
Tellers 186 etwa 7,57 mm (0,298 Zoll) beträgt. In diesem
Fall beträgt
D6 etwa 95% von D5. Andere Bereich können geeignet sein, in Abhängigkeit
von den Details der Konstruktion und insbesondere in Abhängigkeit
von der Länge
des Ventiltellers. Vorzugsweise ist D6 zumindest etwa 80% von D5,
und besonders bevorzugt ist D6 zumindest etwa 90% von D5. In anderen
bevorzugten Ausführungsformen
ist D6 nicht mehr als etwa 99% von D5 und insbesondere bevorzugt
ist D6 nicht mehr als 98% von D5.
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Vorzugsweise
umfasst, um den Widerstand gegen die Fluidströmung hinter das Tellerventil
zu verringern, wenn das Rückschlagventil,
welches den Ventilteller in ein einer offenen Konfiguration umfasst, der
Körperabschnitt
des Tellers zumindest eine Öffnung,
durch die hindurch ein Fluidströmungsweg
definiert ist. Wie dargestellt, umfasst der Körperabschnitt 290 des
Ventiltellers 186 dort hindurch zwei Öffnungen 294 und 296,
die an gegenüberliegenden Seiten
des Körperabschnitts
positioniert sind und die sich durch sowohl die Seitenwände als
auch die Bodenwände
des Körperabschnitts
des Ventiltellers erstrecken.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
hat auch das Dichtelement 188, um eine Abflachung und Erweiterung
des Dichtelements innerhalb der Bohrung zu ermöglichen, wenn es sich in einem
unbelasteten Zustand befindet, einen maximalen Durchmesser D7, der
geringer ist als der maximale Außendurchmesser D6 des Körperabschnitts 290 des
Tellers 186. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen
liegt der Durchmesser D7 zwischen etwa 60% und etwa 95% des Durchmessers
D6, und bei besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt er zwischen
etwa 75% und etwa 90%, und bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
liegt der Durchmesser D7 bei etwa 88% des Durchmessers D6.
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Der
fluidundurchlässige
umlaufende Flanschabschnitt 202 des Dichtelements 188 umfasst vorzugsweise
den Bereich, der die geringste Querschnittsdicke 298 des
Dichtelements hat. Das Dichtelement 188 zeichnet sich auch
dadurch aus, dass eine maximale Abmessung vorhanden ist, gemessen entlang
einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene 299 verläuft, die
durch eine Tangentenfläche
an die Schließfläche 200 (d.h.,
eine Ebene, die koplanar zu der Ebene des Ventilsitzes ist, an dem
die Schließfläche einwirkt,
wenn der Ventilteller in einer operativen Konfi guration innerhalb der
Pumpenkassette eingebaut ist) definiert ist. Die maximale Abmessung
ist als Abstand 300 in der 5A eingezeichnet.
Bei einer besonderen Ausführungsform,
die dargestellt ist, beträgt
der Abstand 300 etwa 1,8286 mm (0,072 Zoll) oder etwa 20%
des Durchmessers D7. Bei den Grenzen des Wertes der Dicke 300 relativ
zu den Dicken 298 und 316 (siehe 5C), wie unten beschrieben, ist das exakte Verhältnis des
Abstandes 300 zum Durchmesser D7 nicht kritisch, und kann
von etwa 10% bis etwa 50% oder mehr reichen. Bevorzugte Bereiche
bzw. Werte, die unter Anwendung der hier gegebenen Lehren aufgefunden
werden können,
und zwar durch Routine-Tests und Optimierungen, hängen ab
von dem Modulus/Moduli des Polymermaterials oder anderer Materialien,
die benutzt werden, um diese Teile herzustellen, und von der maximalen
Kraft, der es gilt zu widerstehen.
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Vorzugsweise
beträgt
die minimale Querschnittsdicke 298 des Dichtelements 188 weniger
als etwa 25% des Abstandes 300, und besonders bevorzugt
weniger als etwa 17%. Diese Dicke hängt ebenso von den Eigenschaften
des Materials ab, und von der Dicke 300 des Dichtelements 188 und
sollte mittels Routine-Tests und Optimierungen ausgewählt werden.
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Unter
Bezugnahme auf die 5B umfasst das Dichtelement 188 eine
stromabwärts
gelegene Fläche 302,
die derart positioniert ist, dass sie von dem Ventilsitz weg zeigt,
wenn der Ventilteller in einer operativen Konfiguration in der Pumpenkassette
eingebaut ist. Die stromabwärts
gelegene Oberfläche 302 umfasst
eine Umfangskante 304. Die Linie 306 zeigt eine
Gerade, die als Tangente an einen Punkt oder in die Nähe (kumulativ
hierin als „Nähe" bezeichnet) der
Umfangskante 304 der stromabwärtigen Fläche 302 gelegt ist,
wenn das Dichtelement unbelastet ist. Der Winkel A3 stellt den Winkel
zwischen der Tangente 306 und dem Ventilsitz dar, oder äquivalent
dazu, mit einer Linie 308 dar, die parallel zu dem Ventilsitz
verläuft.
Bei bevorzugten Ausführungsformen
liegt der Winkel A3 zwischen etwa 20 Grad und etwa 50 Grad, bei
besonders bevorzugten Ausführungsformen
beträgt
er etwa 30 Grad bis etwa 40 Grad, und in einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
beträgt
er etwa 36 Grad.
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Unter
Bezugnahme auf die vergrößerte (Teil-)
Querschnittansicht der 5C wird
dort die Kontur der Schließfläche 200 besser
verständlich. Die
Schließfläche 200,
wie dargestellt, umfasst eine konkave Oberfläche 310, die eine
Kombination von drei linearen Segmenten aufweist. Die konkave Oberfläche 310 umfasst
das mittige lineare Segment 312, welches eine Orientierung
hat, die im wesentlichen parallel zu der Ebene 299 verläuft, sowie
zwei im Winkel dazu verlaufende lineare Abschnitte (d.h. die Sektion 314 und
eine äquivalente
Sektion, die an der gegenüberliegenden
Seite des Dichtelements 188 angeordnet ist und nicht dargestellt
ist), die benachbart des Umfangs des fluidundurchlässigen Umfangsflansches 202 angeordnet
sind. Bei alternativen Ausführungsformen
kann die konkave Oberfläche,
im Gegensatz zu der konkaven Oberfläche 310, die aus einer
Reihe von verbundenen linearen Segmenten ausgebildet ist, stattdessen
zumindest einen Abschnitt daran aufweisen, der aus einer gekrümmten Fläche besteht.
Es ist anzumerken, dass bei Ausführungsformen,
bei denen die konkave Fläche 310 gekrümmt ausgebildet
ist, wenn die Schließfläche 200 in
Richtung des Ventilsitzes gedrückt
wird, der Radius der Krümmung
der konkaven Oberfläche
dazu neigt anzusteigen, da sich das Dichtelement in dem Ventilsitz
nach aussen abflacht.
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Im
allgemeinen, wenn eine Kraft auf das Dichtelement 188 aufgebracht
wird, die dazu dient, das Dichtelement gegen den Ventilsitz zu pressen, zum
Beispiel eine Kraft, die durch den Fluiddruck erzeugt wird, der
auf die stromäbwärtige Fläche 302 des
Dichtelements auftrifft, neigt die maximale Distanz zwischen der
konkaven Fläche 310 und
dem Ventilsitz dazu, sich zu verringern. Wie dargestellt, mit dem
Dichtelement 188 in einer unbelasteten Konfiguration, ist
die maximale Distanz zwischen der Schließfläche und der Ebene (d.h. die
Ebene 299), die durch einen Ventilsitz definiert ist, der
in Kontakt mit der Schließfläche steht,
als Abstand 316 in der 5C gezeigt.
Während
der Abstand 316 über
einen weiten Bereich von Werten reichen kann, sind nicht-Null Werte
vorzuziehen. Der spezifische Wert, der am meisten bevorzugt ist,
hängt zumindest
zum Teil von den Materialeigenschaften des Dichtelements ab und
von dem Niveau der aufgebrachten Kräfte, während des Betriebs, sowie dieser
Wert durch Routine-Tests und Optimierungen aufgefunden wird, wie
weiter oben bereits beschrieben. Bei einigen typischen Ausführungsformen übersteigt
die Distanz 316 etwa 25% der vorher definierten Abmessung 300 des
Dichtelements 188 nicht, besonders bevorzugt übersteigt
sie nicht 20%, besonders bevorzugt übersteigt sie nicht 15%, insbesondere
bevorzugt übersteigt
sie nicht 12%, besonders bevorzugt übersteigt sie nicht 8%, und
in einigen Ausführungsformen übersteigt
sie nicht 4%, sowie sie bei einer Ausführungsform keine 8% des Abstandes 300 übersteigt.
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Darüber hinaus
schneidet bei bevorzugten Ausführungsformen
eine Linie, die als Tangente an einen Punkt anliegt, der in der
Nähe des
Umfangs der konkaven Fläche 310 des
Dichtelements liegt, wenn sich das Dichtelement in einem nicht belasteten
Zustand befindet (z.B. die Linie 318 in der 5C) die Ebene 299/Line 308 mit
einem Winkel A4 von zwischen etwa 1 Grad bis etwa 12 Grad. Bei noch
bevorzugteren Ausführungsformen
liegt A4 zwischen etwa 3 Grad und etwa 9 Grad, und bei einer besonders
bevorzugten Ausführungsform
liegt der Winkel A4 bei etwa 6 Grad.
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Ein
Ventilteller 187 eines alternativen Rückschlagventils, wie es in
den 5D und 5E gezeigt
ist, welches insbesondere geeignet ist für sehr hohe Drücke, umfasst
einen Hauptkörper 290 und eine
fluidundurchlässige
am Umfang umlaufende Dichtlippe 203, die einen O-Ring (gezeigt
in gestrichelten Linien, der Klarheit der Zeichnung wegen) umfasst.
Der Teller ist vorzugsweise aus einem harten und minimal flexiblen
Material gefertigt; wie etwa Metall oder ein hochfester Plastik.
Die Form des Tellers 187 ist im allgemeinen ähnlich zu
dem Teller nach den 5A bis 5C,
mit der Ausnahme, dass der fluidundurchlässige und umlaufende Flansch 202 des
Dichtelements 188, welches vorher erläutert worden ist, durch ein
Dichtelement 189 ersetzt worden ist, welches sich von dem
Körper 290 aus
erstreckt, umfassend eine darin am Umfang umlaufende Nut 191,
in die der O-Ring 203 eingesetzt ist, der die umlaufende
Dichtlippe des Dichtelements ausbildet. Der verbleibende innere
Teil der Schließfläche 201 ist
vorzugsweise leicht konkav, und der O-Ring steht von dort für einen
geringen Abstand 205 über.
Wenn Druck/Kraft auf das Dichtelement ausgeübt wird, weicht der O-Ring
aus und die Schließfläche 201 deckt
die Öffnung
in dem Ventilsitz wiederum ab. Der Einsatz eines stärkeren,
weniger flexiblen Materials für
den Ventilteller 187 erlaubt höhere maximale Drücke, die
das Rückschlagventil
aufnehmen kann, welches diesen Ventilteller umfasst, so dass der
Einsatz dieses De signs besonders effektiv ist für Betriebsdrücke, die
60,95 MPa (10000 psig) übersteigen.
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Eine
alternative Ausführungsform
eines Ventiltellers für
hohen Druck ist in der 5F gezeigt. Der
Teller 309 umfasst zwei Unterkomponenten, einen Metallkern 320,
der einen steifen Einsatz hat sowie einen Polymerabschnitt 321,
der die Dichtfunktion erfüllt.
Der Metallkern hat einen Haken oder ähnliches, um ihn in dem Polymerabschnitt 321 fest
zu halten. Der Ventilteller sitzt auf einer Öffnung 323 in einem
Ventilsitz 324, der in der strukturellen Komponente 325 mittels
einer Maschine heraus gearbeitet ist oder anders ausgebildet ist.
Obwohl die Figur eine bevorzugte Ausführungsform zeigt, bei der der
steife Einsatz mittig in der Schließfläche des Tellers 309 angeordet
ist, kann bei anderen Ausführungsformen der
steife Einsatz anders positioniert sein, solange zumindest ein Abschnitt
des steifen Einsatzes zumindest einen Teil der Öffnung 323 in dem
Ventilsitz 324 überlagert.
Die strukturelle Komponente 325 kann eine Spule, ein Kolben
oder ein Hauptkörperabschnitt
einer Pumpenkassette sein, wie in der 1 dargestellt.
Im Einsatz umgibt eine Feder oder ein anderes Spannelement (nicht
gezeigt) zumindest teilweise den oberen Teil 326 des Tellers,
um eine Kraft zum Schließen
bereit zu stellen. Alternativ kann eine Feder oder ein anderes Druckelement
an einem wahlweisen Vorsprung 327 angebracht werden, und dieses
Element erstreckt sich nach unten durch die Öffnung 323 bis zu
einem Anbringungspunkt irgendwo an der Einrichtung. Eine weitere
Option, die nicht dargestellt ist, ist es, den Ventilteller auf
dem Sitz zu zentrieren, indem ein hohler Zylinder anstatt des Vorsprunges 327 vorgesehen
wird. Ein solcher Zylinder kann konfiguriert und positioniert werden,
durch die Öffnung 323 heraus
zu stehen und kann an einem Ankerpunkt angebracht sein, nämlich in
dem Bereich hinter der Öffnung,
und zwar mittels einer Feder oder einem anderen Druckelement. Unter
Druck verformt sich der elastische Abschnitt des Ventiltellers,
wie oben beschrieben. Der steife Einsatz 320 kann jedoch
helfen, die Verformung ab einem bestimmten Ausmaß zu verhindern, nämlich dass
sich der Ventilteller in die Öffnung 323 hinein
deformiert. Unterschiedliche Plastikmaterialien können für den Polymerabschnitt
benutzt werden, zum Beispiel die oben beschriebenen, um den Kolben
und die Dichtkomponenten auszubilden. Weichere Polymere, wie etwa bestimmte
Nylons, können
einen O-Ring oder eine Stütze
aus Metall erfordern, um eine Abstützung oberhalb eines relativ
geringen Drucks zu erhalten.
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In
der 6A ist beispielhaft eine mechanische
Antriebseinheit 330 gezeigt, die derart konfiguriert ist,
dass sie mit der Pumpenkassette 100 (vorher in den 1 und 2A bis 2C gezeigt)
gekoppelt werden kann, um die Kolbenstange 124 hin und her
zu bewegen. Wie es in der 6A gezeigt
ist, ist die Aufnahmestruktur 332 in ihrer geschlossenen
betriebsmäßigen Konfiguration
gezeigt, wobei die Aufnahmestruktur derart konfiguriert ist, dass
sie mit der Pumpenkassette 100 zusammen passt und angekoppelt
werden kann. In der 6B ist die Aufnahmestruktur 332 in
einer offenen Position vor dem Einsetzen der Pumpenkassette 100 gezeigt.
Die mechanische Pumpenantriebseinheit 330 kann im wesentlichen
jeden Typ eines hin- und
hergehenden mechanischen Pumpenantriebs umfassen, wie er im Stand der
Technik bekannt ist. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen
ist die mechanische Pumpenantriebseinheit 330 eine in der
Geschwindigkeit und/oder der Hublänge variable Pumpe. Die mechanische
Pumpenantriebseinheit 330 kann eine Vielzahl von manuellen
und/oder automatischen Kontrollen zur Einstellung der Geschwindigkeit
und/oder der Hublänge
umfassen, sowie sie eine Vielzahl anderer Kontrollen umfassen kann,
wie etwa Alarme, Anzeigen, Indikatoren, usw., die typisch sind für Pumpenantriebseinheiten,
die für
kommerzielle Pumpzwecke eingesetzt werden, insbesondere für solche,
die für medizinische
und chirurgische Pumpzwecke eingesetzt werden. Die Aufnahmestruktur 332 kann
modifiziert werden oder kann konfiguriert werden, so dass sie mit
einer breiten Vielfalt von kommerziell verfügbaren mechanischen Pumpenantriebseinheiten
oder mit mechanischen Pumpenantriebseinheiten nutzbar ist, die speziell
entworfen und konfiguriert wurden, um sie mit den Pumpenkassetten
nach der vorliegenden Erfindung einzusetzen, was für den Fachmann offensichtlich
ist.
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Die
Aufnahmestruktur 332 ist konstruiert und angeordnet, die
Pumpenkassette 100 während
des Betriebs aufzunehmen und festzuhalten. Der Begriff „Aufnahmestruktur" oder „Aufnahmeneststruktur", wie hier benutzt,
bezieht sich auf eine Struktur einer mechanischen Pumpenantriebseinheit
oder Konsole, die derart konfiguriert ist, dass sie in direktem
Kontakt mit der Pumpenkassette in Eingriff gelangt, so dass zumin dest
ein Teil der Struktur zumindest teilweise einen Abschnitt der Pumpenkassette
zumindest teilweise umgibt bzw. umfasst. Insbesondere ist die Aufnahmestruktur 332 konstruiert,
um eine Form und Konfiguration aufzuweisen, die es ihr ermöglicht,
mit der Pumpenkassette in operativer Zugehörigkeit mit der Pumpenantriebseinheit
zusammen zu koppeln, wie es in der 6A gezeigt
ist.
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Die
Aufnahmestruktur 332 ist vorzugsweise aus einem festen
Material gefertigt, wie etwa Metall, zum Beispiel Edelstahl. Wie
dargestellt, umfasst die Aufnahmestruktur 332 eine Basiskomponente 334, die
für die
Anbringung an der mechanischen Pumpenantriebseinheit 330 konfiguriert
ist, zum Beispiel mittels Bolzen 336. Verschwenkbar mit
der Basis verbunden ist ein Ventilsicherungselement 338,
welches eingekerbte Fangarme 340 daran ausgebildet hat, die
derart konfiguriert sind, mit den Stiften 342 des federbelasteten,
verschwenkbaren Riegels 344 an der Basis 334 in
Eingriff zu gelangen. Nach dem Einsetzen der Pumpenkassette 100 in
die Aufnahmebohrung 346 für die Pumpenkassette der Aufnahmestruktur
wird das Ventilsicherungselement 338 nach oben verschwenkt,
indem der Handgriff 348 benutzt wird, bis die eingekerbten
Fangarme 340 mit den Stiften 342 in Eingriff gelangt
sind, so dass die Aufnahmestruktur geschlossen ist, wie es in der 6A gezeigt ist.
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Nach
dem Sichern der Pumpenkassette 100 in der Aufnahmestruktur,
wie in der 6A dargestellt und oben diskutiert,
gelangt die Kupplungskerbe 144 der Kolbenstange 124 vorzugsweise
mit einem komplementären
Riegelmechanismus (nicht gezeigt, aber siehe 14)
innerhalb eines sich hin- und herbewegenden Kolbenstößels (nicht
gezeigt, aber siehe 14) der mechanischen Pumpenantriebseinheit 330 in
Eingriff. Bei einigen Ausführungsformen
kann die Aufnahmestruktur 332 mechanische und/oder elektrische
Mittel umfassen, zur Anzeige für ein
Kontrollsystem der mechanischen Pumpenantriebseinheit und/oder zur
Anzeige für
eine Bedienperson der mechanischen Pumpenantriebseinheit, dass nämlich die
Pumpenkassette 100 richtig damit für den Betrieb in Eingriff steht.
Eine solche Anzeige kann benutzt werden, um den Betrieb der mechanischen
Pumpenantriebseinheit zu ermöglichen,
wenn die Pumpenkassette richtig eingesetzt und verriegelt ist, und
kann den Betrieb unmöglich
machen, wenn die Pumpenkassette nicht richtig eingesetzt und nicht richtig
verriegelt ist.
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Mechanische
und/oder elektrische Mittel zur Ausführung der oben erwähnten Funktion
sind im Stand der Technik gut bekannt oder involvieren nur einfache
Modifikationen bekannter Techniken.
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Die
Ventilsicherungskomponente 338 ist konstruiert und angeordnet,
um die Körperabschnitte 162 und 170 des
Einlaß-Rückschlagventils 159 und des
Auslaß-Rückschlagventils 160 jeweils
am Hauptkörperabschnitt 102 der
Pumpenkassette 100 zu sichern, wenn die Pumpenkassette
in operativer Zugehörigkeit
mit der Aufnahmestruktur gekoppelt ist, wie es in der 6A (siehe auch 1) gezeigt
ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen
sichert die Ventilsicherungskomponente 338 die Ventile,
wie oben beschrieben, so dass eine fluiddichte Abdichtung, die dazu
in der Lage ist, einer Differenz im Druck von zumindest 6,90 MPa
(1000 psi) zu widerstehen, ohne eine bemerkenswerte Leckage
dort hindurch, zwischen dem Körperabschnitt
des Ventils und der Bohrung zu erzeugen, in die das Ventil eingesetzt
ist (zum Beispiel die Bohrungen 106 und 108 der
Ventilkörperabschnitte 162 und 170),
wobei die Bohrung in dem Hauptkörperabschnitt
der Pumpenkassette vorgesehen ist, jedoch nur nach dem Ankoppeln
der Pumpenkassette in operativer Zugehörigkeit mit der Aufnahmestruktur.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen
ist die Dichtung dazu in der Lage, einer Differenz im Druck zu widerstehen,
die zumindest 34,47 MPa (5000 psi) beträgt, die bei besonders bevorzugten
Ausführungsformen
zumindest 55,16 MPa (8000 psi) beträgt, die bei besonders bevorzugten Ausführungsformen
zumindest 103,42 MPa (15000 psi) beträgt, die bei besonders bevorzugten
Ausführungsformen
zumindest 137,901 MPa (20000 psi) beträgt, die bei anderen Ausführungsformen
zumindest 206,84 MPa (30000 psi) beträgt, und die bei noch weiteren
Ausführungsformen
zumindest 344,74 MPa (50000 psi) beträgt. Das Ventilsicherungselement
ist dazu in der Lage, den Ventilkörperabschnitt innerhalb des
Hauptkörperabschnitts
der Pumpenkassette sicher fest zu halten, indem der Ventilkörper innerhalb
der Bohrung der Pumpenkassette gehalten wird, in die er eingesetzt
ist, so dass verhindert wird, dass der Ventilkörper unter Druck heraus gedrückt wird
und so dass eine Abdichtung bewirkt ist (zum Beispiel durch die
O-Ringe 186, wie in der 1 gezeigt).
Die Ventilsicherungskomponente 338 umfasst eine Öffnung 350 darin,
um den Hindurchtritt von Fluidleitungen 166 und 174 zu
ermöglichen,
die in Fluidverbindung mit den Ventilen stehen. Die Öffnung 350 hat
eine Weite, an einem Abschnitt benachbart dem Körperabschnitt der Ventile,
wenn sich die Aufnahmestruktur in der geschlossenen Konfiguration
befindet, wie es in der 6A gezeigt
ist, die geringer ist als der Durchmesser des Schulterabschnitts 352 der Einlaß- und Auslaßmuffen,
die die Körperabschnitte der
Ventile ausbilden (siehe auch 1). Somit
wird beim Schließen
der Ventilsicherungskomponente 338 gegen die Basis 334 die
Ventilsicherungskomponente gegen die Schultern 352 der
Muffen pressen, so dass die Körperabschnitte
der Ventile in dichtendem Eingriff mit dem Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 gehalten
sind.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
schafft die Aufnahmestruktur 332 eine innenliegende Kontaktfläche 354 mit
der Pumpenkassette (6B), die Konturen und Abmessungen
aufweist, die ausgewählt
sind, um komplementär
zu den Konturen und Abmessungen der Außenfläche der Pumpenkassette zu sein,
so dass nach dem Ankoppeln der Pumpenkassette an die Aufnahmestruktur
ein deutlicher Anteil der Außenfläche der
Pumpenkassette durch direkten Kontakt mit der Aufnahme abgestützt ist.
Eine solche Konfiguration wird insbesondere dann bevorzugt, wenn
der Hauptkörperabschnitt
der Pumpenkassette aus Materialien konstruiert ist, die nicht dazu in
der Lage sind den gewünschten
Betriebsdrücken der
Pumpenkassette zu widerstehen, ohne auszufallen, zum Beispiel durch
Platzen, Reissen, Aufsplittern usw. des Hauptkörperabschnitts. Bei bevorzugten
Ausführungsform
sind die Aufnahmestruktur und die Pumpenkassette auch derart geformt
und konfiguriert, dass sie nur dann für ein operatives Zusammenwirken
eingekoppelt werden können,
wenn die Pumpenkassette in einer einzigen, vorbestimmten Richtung
eingesetzt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst eine innenliegende
Kontaktfläche 354 der
Pumpenkassette einen Vorsprung 356 (6B),
der derart konfiguriert und positioniert ist, dass er mit der Orientierungskerbe 103 des
Hauptkörperabschnitts 102 der
Pumpenkassette zusammen passt (siehe 2A).
Damit kann die Pumpenkassette 100 nur in die Bohrung 346 eingesetzt
werden, wenn die Pumpenkassette so ausgerichtet ist, dass die Orientierungskerbe 103 mit
dem Vorsprung 356 zusammen passt, so dass die Pumpenkassette sich
in einem operativen Zusammenwirken befindet, wie es in der 6A gezeigt ist.
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In
der 7 ist eine alternative Ausführungsform einer Pumpenkassette
gemäß der vorliegenden Erfindung
erläutert,
die einen Fluidströmungsweg hat,
der eine Konfiguration aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu
einer zentral angeordneten Pumpenkammer verläuft, so dass eine „T-förmige" Konfiguration ausgebildet
ist. In der 8A ist eine Aufnahmestruktur
und ein Abschnitt einer mechanischen Pumpenantriebseinheit dargestellt,
um die Pumpenkassette in einer operativen Konfiguration an einer Pumpenantriebseinheit
anzukoppeln, sowie die 8B eine
Querschnittansicht der Pumpenkassette zeigt, die in der Aufnahmestruktur
in einer operativen Konfiguration installiert ist.
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Bezugnehmend
auf die 7 und 8B umfasst
die Pumpenkassette 400 einen Hauptkörperabschnitt 402,
der drei Bohrungen 404, 406 und 408 darin
ausgebildet hat. Die Bohrung 404 umfasst einen Zylinder,
in dem der Kolben 410 während
des Betriebs sich hin- und herbewegt. Die Bohrung 406 nimmt
ein Einlaßrückschlagventil 412 auf,
sowie die Bohrung 408 ein Auslaßrückschlagventil 414 aufnimmt.
Der Zylinder 404 ist im wesentlichen zentral in dem Hauptkörperabschnitt 402 der
Pumpenkassette 400 angeordnet und weist eine Längsachse 416 auf. Die
Bohrungen 406 und 408 haben jeweils eine Längsachse 418,
die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 416 des Zylinders 404 orientiert
ist, wodurch eine T-förmige
Strömungswegkonfiguration in
der Pumpenkassette ausgebildet ist. Die Bohrungen 406 und 408 stehen
in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer 420 des Zylinders 404,
nämlich
jeweils über
die Kanäle 422 und 424.
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So
wie bei der vorher beschriebenen Pumpenkassette 100 kann
der Hauptkörperabschnitt 402 der
Pumpenkassette 400 aus einer breiten Vielzahl von Materialien
gefertigt sein, im wesentlichen aus jedem der vorher erwähnten Materialien,
wie im Zusammenhang mit dem Hauptkörper 102 der Pumpenkassette 100 beschrieben.
Wie vorher diskutiert, kann der Hauptkörperabschnitt bei einigen Ausführungsformen
aus einem steifen, druckabstützenden Material
hergestellt sein, zum Beispiel aus bearbeitetem Edelstahl, wobei
für diesen
Fall der Hauptkörperabschnitt
der Pumpenkassette gegenüber
Betriebsdrücken
widerstandsfähig
sein kann, ohne dass es eines zusätzlichen Abstützens durch
die Aufnahmestruktur bedarf. Bei alternativen Ausführungsformen,
zum Beispiel Ausführungsformen,
bei denen der Hauptkörperabschnitt 402 aus
einem Material konstruiert ist, welches nicht dazu fähig ist,
den anzunehmenden Betriebsdrücken
zu widerstehen, zum Beispiel aus einem gegossenen Polymermaterial, kann
die erläuterte
Aufnahmestruktur 426 (siehe 8A und 8B)
dazu dienen, die Außenfläche des
Hauptkörperabschnitts
der Pumpenkassette zu umgeben und abzustützen, so dass die Pumpenkassette
dazu in der Lage ist, den erwünschten
Betriebsdrücken
zu widerstehen, wie es vorher mit Bezug zu den 6A und 6B erläutert worden
ist.
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Die
Pumpenkassette 400, wie dargestellt, umfasst keine flexible
Hülle,
die eine Biodichtung ausbildet, so wie die oben erläuterte Pumpenkassette 100 nach
der 1. Es ist jedoch so zu verstehen, dass bei alternativen
Ausführungsformen
die Pumpenkassette 400 leicht so konfiguriert werden kann, dass
sie eine solche flexible Hülle
aufweisen kann, wenn dies erwünscht
ist.
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Die
Pumpenkassette 400 zeigt ebenso alternative Mittel zum
Vorsehen einer Kolben-/Kolbenstangen-Kupplungskonfiguration.
Im Gegensatz zu der Kolben-/Kolbenstangen-Konfiguration, die oben mit
Bezug zu der 1 beschrieben worden ist, bildet
die Kolbenstange 428 keinen Teil der entfernbaren/abnehmbaren
Pumpenkassettenanordnung 400 aus, sondern ist Teil einer
wiederverwendbaren mechanischen Pumpenantriebseinheit 430.
Der Kolben 410 ist derart konfiguriert, dass er als entfernbares, kappenförmiges Element
ausgebildet ist, welches über
das distale Ende der Kolbenstange 428 passt, wenn die Pumpenkassette
mit der Aufnahmestruktur 426 gekoppelt wird, und welches
von der Kolbenstange abnehmbar ist, wenn die Pumpenkassette abgenommen
und ausgetauscht wird. Der Kolben 410 umfasst vorzugsweise
einen Hauptkörperabschnitt 432 und
ein Dichtelement 130, die aus Materialien konstruiert sind
und die Abmessungen aufweisen, die denen ähnlich sind, die oben mit Bezug
zu den Kolben 122, 250 und 260 bereits
diskutiert worden sind. Die mechanische Pumpenantriebseinheit 430 umfasst
ein zurückziehbare
Umhüllung 434,
die die Kolbenstange bzw. den hin- und hergehenden Stößel 428 umgibt.
Vor und/oder während
der Installation der Pumpenkassette in der Aufnahmestruktur 426 wird
die rückziehbare
Umhüllung 434 zurück gezogen,
wie es in der 7 gezeigt ist. Der Kolben 410 kann
dann über
das distale Ende der Kolbenstange 428 aufgesetzt werden,
so dass die proximalen Vorsprungsarme 436 und 438,
die Eingriffs köpfe 440 und 442 daran
ausgebildet haben, jeweils in die Eingriffskerbe 444 der
Kolbenstange bzw. des Stößels 428 eingreifen.
Zu diesem Zeitpunkt ist die zurück ziehbare
Umhüllung 434 distal
weg bewegt und umgibt zumindest teilweise die Arme 436 und 438,
so dass die Eingriffsköpfe 440 und 442 in
der Kerbe 444 gesichert sind, wie es in der 8B gezeigt ist. Während des Betriebs bewegen
sich die Kolbenstange 428 und die Umhüllung 434 als eine
Einheit hin und her, so dass der Kolben 410 sicher an der
Kolbenstange gehalten ist. Der so beschriebene Kupplungsmechanismus
umfasst somit ein Schnapppassung des Kolbens 410 über und
auf der Kolbenstange 428.
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Das
Einlaßrückschlagventil 412 und
das Auslaßrückschlagventil 414 sind
ebenso etwas anders konfiguriert in der Pumpenkassette 400,
verglichen mit den Rückschlagventilen,
die vorher im Kontext der Pumpenkassette 100 der 1 beschrieben worden
sind. Die Einlaßmuffe 445 und
die Auslaßmuffe 446 sind ähnlich zu
denen, die mit Bezug zu der 1 beschrieben
worden sind, mit der Ausnahme, dass die Hochdruck-O-Ringdichtungen 447 an Schulterabschnitten 448 getragen
sind, im Gegensatz zu den Körperabschnitten 450 und 452,
wie vorher mit der Ausführungsform
nach der 1 beschrieben. Darüber hinaus
sind die Schraubenfeder-Andruckelemente 454 etwas
kleiner im Durchmesser, mit Bezug zu dem Durchmesser der Bohrungen 406 und 408,
verglichen mit den Andruckelementen, die mit Bezug zu der 1 beschrieben
worden sind. Dementsprechend, um eine falsche Ausrichtung und eine
nicht gewünschte
seitliche Bewegung der Federn 454 während des Betriebs zu verhindern, umfassen
die Bohrung 406 des Hauptkörperabschnitts 402 und
der Ventilkörperabschnitt 452 jeweils
ein im Durchmesser relativ kleines Bohrungssegment 456 und
458, um dort jeweils die Feder 454 zu positionieren und
zu stützen.
-
Die
Ventilteller 460 sind auch unterschiedlich konfiguriert,
verglichen mit denen, die mit Bezug zu den 5A bis 5C beschrieben
worden sind. Die Ventilteller 460 umfassen Dichtelemente
und haben Schließflächen 462,
die im wesentlichen flache Oberflächen aufweisen, die im wesentlichen
parallel zu den Ebenen ausgerichtet sind, die durch die Ventilsitze 464 des
Einlaßrückschlagventils 412 und 466 des
Auslaßrückschlagventills 414 definiert
sind. Die Schließflächen 462,
die den Ventilsit zen gegenüberliegen,
umfassen eine umlaufende Nut 468 darin, in der ein am Umfang
umlaufendes Lippenelement 470 angeordnet ist, welches einen
elastomeren O-Ring umfasst.
Die Konfiguration und die Abmessung und deren Beziehung zwischen
dem O-Ring 470 und der umlaufenden Nut 468 ist
vorzugsweise ähnlich
wie die vorher diskutierte Beziehung für den Hochdruck-O-Ring 447 und
für die
Hochdruck-O-Ring-Dichtung,
die mit Bezug zu der 1 oben diskutiert worden sind.
Bei bevorzugten Ausführungsformen
sind die Dichtelemente 460 aus einem haltbaren steifen
Material, zum Beispiel Metall, gefertigt. Bei alternativen Ausführungsformen
ist anstatt des Vorsehens von O-Ringen 470, wie gezeigt, die
gesamte Schließfläche des
Ventiltellers beschichtet mit oder gebonded an eine elastomere Schicht
eines Materials, oder zumindest teilweise beschichtet mit einem
solchen Material, und zwar in einem Bereich, der die Öffnungen 471 und 472 überlappt und/oder
umgibt. Bei noch weiteren alternativen Ausführungsformen kann das Dichtelement
aus einem elastomeren oder dichtungsausbildenden elastischen Material
gebildet sein, um eine druckdichte Abdichtung mit dem Ventilsitz
auszubilden, ohne die Notwendigkeit für O-Ringe. Bei anderen alternativen Ausführungsformen
kann das Dichtelement im wesentlichen so sein, wie dargestellt,
mit der Ausnahme, dass keine am Umfang umlaufende Nut 468 vorhanden
ist. Bei solchen Ausführungsformen
können die
O-Ringe getrennt
von dem Dichtelement sein und einfach zwischen dem Dichtelement
und dem Ventilsitz angeordnet sein.
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Die
Aufnahmestruktur 426 ist in den 8A und 8B am
besten zu erkennen, dort wo sie dargestellt ist. Die Aufnahmestruktur 426 ist
konfiguriert, um die gleichen Zwecke zu erfüllen wie vorher mit Bezug zu
der Aufnahmestruktur 332 diskutiert, die in den vorherigen 6A und 6B dargestellt
ist. Wie es in der 8A dargestellt ist, weist die
Aufnahmestruktur 426 innenliegende Kontaktflächen 473 für die Pumpenkassette
auf, die Konturen und Abmessungen haben, die derart ausgewählt sind,
dass sie komplementär
zu den Konturen und Abmessungen der Außenoberfläche der Pumpenkassette sind,
so dass beim Einkuppeln der Pumpenkassette in die Aufnahmestruktur,
wie es in der 8B gezeigt ist, ein deutlicher
Anteil der Außenfläche der
Pumpenkassette durch den Kontakt mit der Aufnahme abgestützt ist.
Die Aufnahmestruktur 426 umfasst eine Hauptkörperabstützkomponente 474 und
zwei angelenkte Ventilsicherungskomponenten 475 und 476. Jede
der Ventilsicherungs komponenten umfasst eine Öffnung 478 und 480,
die darin hindurch verläuft,
und die derart positioniert und konfiguriert ist, dass die Einlaßmuffen
und die Auslaßmuffen
in den Hauptkörperabschnitt
der Pumpenkassette beim Zusammenbauen gepreßt werden, womit eine leckdichte
Abstützung
der Einlaß-
und Auslaßrückschlagventile
(siehe 8B) geschaffen wird, ähnlich wie
bereits im Kontext zu den 6A und 6B oben
beschrieben. Wie es in der 8B gezeigt
ist, sind die Komponenten 474, 475 und 476 aneinander
gesichert, nachdem die Pumpenkassette 400 eingekoppelt
ist, nämlich mittels
Schraubbolzen 482. Es ist anzumerken, dass bei alternativen
Ausführungsformen
eine breite Vielfalt von anderen gut bekannten Befestigungs- und
Sicherungsmitteln eingesetzt werden kann, als Alternative für die Schraubenbolzen 482.
Zum Beispiel kann bei einer anderen Ausführungsform ein Riegel- und Freigabe-Mechanismus
eingesetzt werden, ähnlich dem,
der mit Bezug zu der 6A und 6B vorher
beschrieben worden ist, wobei in diesem Fall die Aufnahmestruktur
von Hand zusammen gebaut und wieder zerlegt werden kann, ohne die
Notwendigkeit der Benutzung von irgendwelchen Werkzeugen.
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Im
folgenden werden mit Bezug zu den 9 bis 13 und 16 verschiedene
Konfigurationen und Ausführungsformen
von axial konfigurierten Pumpenkassette beschrieben, die gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen sind. „Axial
konfiguriert", wie
hier benutzt, bezieht sich auf eine Pumpenkassette, bei der der
Kolben und zumindest eines der Einlaß- oder Auslaßrückschlagventile
zumindest teilweise innerhalb einer Bohrung aufgenommen sind, die
eine im wesentlichen durchgehende Längsachse aufweist, sowie die
Längsachse
des Kolbens im wesentlichen parallel zu der Längsachse der Bohrung ist.
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In
den 9A bis 9C ist
eine erste Ausführungsform
einer axial konfigurierten Pumpenkassette 500 gezeigt,
die einen Hauptkörperabschnitt 502 hat,
der aus einem länglichen
Abschnitt einer dünnwandigen
Röhre geformt
ist. Während
der Hauptkörperabschnitt
des Kolbens möglicherweise aus
einer breiten Vielfalt von Materialien konstruiert sein kann, zum
Beispiel diejenigen, die oben mit Bezug zu dem Hauptkörper 102 der
Pumpenkassette 100 beschrieben worden sind, kann der Hauptkörperabschnitt 502 bei
bevorzugten Ausführungsformen einen
Längsabschnitt
eines dünnwandigen
Metalls umfassen, vorzugsweise eine Edelstahlröhre. Die besonderen Wandstärken und
Innendurchmesser der dünnwandigen
Röhre,
die eingesetzt wird, um den Hauptkörperabschnitt 502 auszubilden,
hängen selbstverständlich von
den Anforderungen bezüglich der
gewünschten
Betriebskonditionen der Pumpenkassette ab. In der dargestellten
Ausführungsform umfasst
der Hauptkörperabschnitt 502 eine
etwa 88,9 mm (3,5 Zoll) bis etwa 101,6 mm (4 Zoll) lange mit etwa
9,525 mm (0,375 Zoll) I.D. Edelstahlröhre, mit einem Außendurchmesser
von etwa 12,7 mm (0,5 Zoll). Diese Konfigurationen sind auch geeignet für axial
konfigurierte Pumpenkassette, die unten auch noch beschrieben werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen
ist der Hauptkörperabschnitt 502 aus
einer Röhre
konstruiert, die einen Durchmesser und eine Wandstärke hat,
die ausreicht, um dem gewünschten
Pumpdrücken
zu widerstehen, die von der Pumpenkassette während des Betriebs erzeugt werden,
ohne dabei zu Platzen, zu Splittern oder eine ungewöhnliche
Expansion zu erfahren, die ausreichen würde, ein Leck zu verursachen
oder zu erlauben oder das Versetzten von Bauteilen während des Betriebs,
die in der Röhre
positioniert sind. (Das sind Beispiele von „dünnwandigen" Röhren,
wie oben beschrieben).
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In
der axialen Bohrung 504 der länglichen Röhre 502 und ausgerichtet
zu der gemeinsamen Längsachse 506 sind
die verschiedenen Komponenten enthalten, umfassend die Kolbenstange 508,
den Kolben 510, die Einsätze 512, 514 und 516,
das Einlaßrückschlagventil 518 und
das Auslaßrückschlagventil 520.
Die Struktur und die Konfiguration des zentralen Einsatzes 514 ist
im Detail in den 9B und 9C dargestellt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen,
wie den dargestellten, ist jedes der Einlaß- und Auslaß-Rückschlagventile
in der Pumpenkassette zumindest teilweise innerhalb der axialen Bohrung
der Röhre
angeordnet, so dass im wesentlichen alle bewegten Teile jedes Ventils
im wesentlichen komplett innerhalb der axialen Bohrung aufgenommen
sind. Die sich bewegenden Teile des Rückschlagventils umfassen den
Ventilteller und/oder das Dichtelement, sowie jegliches Andruckelement
(zum Beispiel die Schraubenfeder 196). Bei der dargestellten
Ausführungsform
ist das Auslaßrückschlagventil 520 an
dem distalen Ende 522 der axialen Bohrung 504 positioniert,
der Kolben 510 bewegt sich proximal zu dem Auslaßventil
hin und her, und das Einlaßrückschlagventil 518 ist
innerhalb des Einsatzes 514 positioniert und ist zwischen
dem Auslaßrückschlagventil
und dem Kolben angeordnet.
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Die
Kolbenstange 508 und der Kolben 510 sind im wesentlichen ähnlich zu
denen, die oben mit Bezug zu den 1, 3 und 4 beschrieben worden sind, mit der Ausnahme,
dass der Kolben 510 an der Kolbenstange 508 mittels
der mit Haken versehenen Verbindung 524 angekoppelt ist.
Der Kolben 510 ist derart konfiguriert, dass er innerhalb
des Zylinders 526 der axialen Bohrung 504 während des
Betriebs hin und her geht. Die Rückschlagventile 518 und 520 sind
innerhalb der axialen Bohrung 504 durch Einsätze 512, 514 und 516 positioniert.
Der Einsatz 514 umfasst zwei Kammern 528 und 530,
die darin ausgebildet sind, um jeweils die sich bewegenden Teile des
Einlaßrückschlagventils 518 und
des Auslaßrückschlagventils 520 zu
umgeben. Der Einsatz 514 bildet einen Körperabschnitt für jedes
Rückschlagventil 518 und 520,
so wie es konfiguriert ist. Die Einsätze umfassen auch Kanäle, die
darin ausgebildet sind (z.B. Kanäle 532, 534, 536, 538, 540 und 541), so
dass innerhalb der Pumpenkassette 500 Einlaß- und/oder
Auslaß-Strömungswege
vorgesehen sind. Der Teller, die Dichtelemente und die Andruckelemente
des Einlaßrückschlagventils 518 und
des Auslaßrückschlagventils 520 sind
im wesentlichen äquivalent
zu denen, die mit Bezug zu den 1 und 5 oben beschrieben worden sind.
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Wie
dargestellt, umfassen die Einsätze 512 und 514 separate
Elemente, die in die axiale Bohrung 504 eingesetzt und
gesichert sind. Bei alternativen Ausführungsformen können die
Einsätze
als eine einzelne Einheit ausgebildet und/oder als Teil des Hauptkörperabschnitts
der Pumpenkassette ausgebildet sein, zum Beispiel kann ein Teil
der Struktur des Hauptkörpers
Kanäle
und Kammern aufweisen, die dort hinein gearbeitet sind (zum Beispiel
kann ein Hauptkörperabschnitt
der Pumpenkassette, anstatt aus einer länglichen dünnwandigen Röhre hergestellt zu
sein, aus einem länglichen
Abschnitt eines festen Stücks
Material hergestellt sein, welches bearbeitet ist, um die unterschiedlichen
Kammern und Strömungswege
auszubilden, wie dargestellt). Somit können die Einsätze aus
einer breiten Vielfalt von Materialien konstruiert sein, umfassen
im wesentlichen all Materialien, die oben bereits diskutiert worden
sind, mit Bezug zu den Materialien, um den Hauptkörperabschnitt
der Pumpenkassette auszubilden, sowie bei bevorzugten Ausführungsformen
die Einsätze
vorzugsweise aus einem relativ festen Material gebildet sind, wie
etwa ein hartes und beständiges
Plastik oder Metall, vorzugsweise Edelstahl, wobei die Einsätze mit
Maschinen bearbeitet oder gegossen sind, um die verschiedenen Merkmale,
Bohrun gen, Kanäle
usw. mittels herkömmlicher
Bearbeitung und Gießtechnik
auszubilden, wie dargestellt.
-
Die
Einsätze
können
in der axialen Bohrung der Pumpenkassette mittels einer Vielzahl
von Mitteln gesichert sein, die dem Fachmann bekannt sind. Zum Beispiel
können
die Einsätze 514 und/oder 516 eine
solche Größe aufweisen,
dass sie einen Außendurchmesser
haben, der etwas größer ist
als der Innendurchmesser der dünnwandigen
Röhre,
umfassend den Hauptkörperabschnitt
der Pumpenkassette, und diese können
in die axiale Bohrung mit einer Preßpassung eingesetzt werden,
wodurch eine Passung ausgebildet wird, die ausreicht, um die Einsätze auch
unter Druck in den Bohrungen zu halten. Alternativ kann einer der
Einsätze
oder können
beide Einsätze
innerhalb der Bohrung mittels Hartlöten, Schweissen, Kleben usw.
in der Bohrung gehalten werden, so wie es für einen Fachmann eindeutig
ist. Alternativ und wie oben im Kontext mit den 6A und 6B und 8A und 8B beschrieben, können bei
alternativen Ausführungsformen
die Einsätze 514 und 516 innerhalb
der axialen Bohrung unter Druck nur dadurch festgehalten werden,
dass die Pumpenkassette mit einer Aufnahmestruktur gekoppelt wird,
wobei die Aufnahmestruktur derart konfiguriert ist, dass sie mit
dem Einsatz 516 in Eingriff gelangt, wodurch er während des
Betriebs an Ort und Stelle in der axialen Bohrung gehalten wird.
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Der
Einsatz 512, wie er in der 9A gezeigt
ist, ist innerhalb des Hauptkörperab
schnitts der Pumpenkassette mittels einer Bördel-Dichtungs-Methode gesichert.
Diese Methode umfasst das Positionieren des Einsatzes 512,
der einen Körperabschnitt des
Einlaß-Rückschlagventils 518 aufweist,
innerhalb der axialen Bohrung 504 und das Sichern des Einsatzes
innerhalb der Röhre 502,
durch Ausbilden einer Bördelung 542,
die die Wand der Röhre
in einen Kanal oder eine Nut 544 des Einsatzes verformt,
wodurch eine am Umfang umlaufende im wesentlichen leckdichte Abdichtung
zwischen der Röhre
und dem Einsatz ausgebildet wird, ohne das irgendwelche anderen
zusätzlichen
Dichtungen notwendig wären.
Bei alternativen Ausführungsformen
muss der Einsatz die umlaufende Nut 544 nicht aufweisen
und kann einfach etwas kleiner im Durchmesser sein als die axiale
Bohrung, so dass es ermöglicht
wird, dass die Bördelung 542 ausgebildet
wird. Diese alternative Konfiguration bietet jedoch eine schlechtere
Abdichtung und Leck-Verhinderung, so dass sie weniger be vorzugt
ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen
ist die Bördelung
entlang des Umfangs der Röhre
ausgebildet, so dass sie im wesentlichen kontinuierlich ist. Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann die Bördelung
eine Reihe von diskreten Einschnitten aufweisen, entlang des Umfangs
der Röhre,
und damit nicht kontinuierlich ausgebildet sein. Bei jeder Abdichtung
mittels Bördelung,
die einen Einsatz involviert, mit einer am Umfang umlaufenden Nut
oder mit am Umfang umlaufenden Nuten, kann ein O-Ring in der Nut
angeordnet werden, bevor die Röhre
gecrimpt wird, falls gewünscht,
um die Abdichtung zu verbessern.
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Ähnliche
Bördelungsabdichtmethoden
sind im Stand der Technik in einem anderen Zusammenhang bekannt;
es wird jedoch angenommen, dass solche Crimp- bzw. Bördelungsabdichtungen
noch nicht bei der Herstellung oder Fabrikation einer Pumpenkassette
aus einem Stück
einer dünnwandigen Röhre eingesetzt
worden sind, die durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird.
Die Crimpdichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung können
ausgebildet werden, indem herkömmliche
und käuflich erwerbbare
Ausrüstung
benutzt wird. Zum Beispiel sind die Crimpdichtungen, die in der 9A dargestellt sind, ebenso wie die in den 10A, 11A, 12A, 12B und 13A gezeigten, hergestellt worden unter
Benutzung einer Standard-Radial-Crimpmaschine
(z.B. eine UNIFLEXTM Radialcrimpzange mit
sechs Backen, Typ HM-150; Uniflex Hydraulic GmbH, Karben, Deutschland).
Die oben beschriebenen Beispiele benutzen eine Röhre aus Edelstahl mit einem
nominellen Außendurchmesser von
12,7 mm (0,500 Zoll) und einem nominellen Innendurchmesser von 9,525
mm (0,375 Zoll), mit einer Wandstärke von etwa 1,588 mm (0,0625
Zoll). Die Tiefe des Kanals (z.B. 544) in den Einsätzen innerhalb
der Röhre
(z.B. Einsatz 512) ist vorzugsweise etwa gleich der Dicke
der Röhrenwand,
und die Weite des Kanals ist in diesem Beispiel etwa drei mal die
Wandstärke,
während
die maximale Weite der Bördelungsvorsprünge an den
Crimpbacken (nicht gezeigt) etwa 1,3 mal die Wandstärke ist,
sowie deren Tiefe ähnlich
der Wandstärke
ist. Die Abschnitte (z.B. 545) der Einsätze (z.B. 512) jenseits
der Nut (z.B. 544) sollten signifikant länger sein
als die Wandstärke,
zum Beispiel zumindest das 1,5-fache länger, um eine Verstauchung
zu vermeiden. Die entgültige nach
innen gerichtete Penetration der crimpausbildenden Einsatz-Vorsprünge wird
eingestellt, um eine signifikante Verstauchung bzw. Kollaps des
Kanals zu verhindern, der durch den Einsatz hindurch tritt (z.B.
die Passage 532 oder die Passage 740 in der 11A), oder der Röhre jenseits des Einsatzes. Modifikationen
der Crimpeinsätze
und der Werkzeuge sowie der Abmessungen des Einsatzes können von
einem Fachmann für
radiale Crimptechnologie leicht ausgeführt werden. Vorzugsweise wird
beim Aufcrimpen der Röhre
auf den Einsatz eine umlaufende leckdichte Abdichtung erzeugt, zwischen
der Röhre
und dem Einsatz, wahlweise ohne die Verwendung weiterer Dichtungen,
wobei diese Abdichtung einer Druckdifferenz über die Abdichtung von zumindest
6,90 MPa (1000 psi), vorzugsweise zumindest 34,47 MPa (5000 psig),
in einigen anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 55,16
MPa (8000 psig), in anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 103,42
MPa (15000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 137,90
MPa (20000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 206,84
MPa (30000 psig), und in noch anderen Ausführungsformen zumindest 344,74
MPa (50000 psig) widerstehen kann.
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Die
Pumpenkassette 500 kann wie folgt betrieben werden. Um
die Pumpenkammer 527 mit Fluid aufzufüllen, welches gepumpt werden
soll, werden die Kolbenstange 508 und der Kolben 510 proximal
in Richtung des Pfeils 546 verlagert. Während dieses Einlaßhubes strömt das Fluid,
welches gepumpt werden soll, durch die Einlaßöffnung 548 in der
Seitenwand der Röhre 502 ein,
durch Kanäle 536 und 534 innerhalb
des Einsatzes 514, durch das Einlaß-Rückschlagventil 518 und
durch den Strömungskanal 532 des
Einsatzes 512, sowie in die Pumpenkammer. Während dieses
Befüllungsschrittes
ist das Einlaß-Rückschlagventil 518 in
einer offenen Position konfiguriert, während das Auslaß-Rückschlagventil 520 in
einer geschlossenen Position konfiguriert ist.
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Während des
Auslaßhubes
werden die Kolbenstange 508 und der Kolben 510 distal
in Richtung des Pfeils 550 bewegt, so dass das Fluid von
der Pumpenkammer durch den Kanal 532 in das Einlaß-Rückschlagventil 528 gedrückt wird.
Der Druck dieses Fluids, welches auf das Dichtelement 188 trifft,
neigt dazu, das Dichtelement gegen den Ventilsitz 552 zu
pressen, wodurch eine druckdichte Abdichtung geschaffen ist. Das
Fluid strömt
dann aus der Kammer 528 über die Öffnung 554, durch
den Kanal 538 und den Kanal 540, hinter das offene
Auslaß-Rückschlagventil 520,
und schließlich
aus der Pumpenkassette über
den Strömungsweg 541.
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Der
Einsatz 514 umfasst eine kreisförmige Nut 556, die
am Umfang des Einlaßkanals 536 umläuft, die
darin, wenn der Einsatz in einer operativen Konfiguration innerhalb
der axialen Bohrung eingesetzt ist, einen O-Ring 558 enthält. Die
Abdichtung, die ausgebildet ist durch den Kontakt des O-Rings mit
der Innenfläche
der axialen Bohrung, verhindert, dass die Flüssigkeit unter hohem Druck,
die während des
Auslaßhubs
des Kolbens erzeugt wird, aus der Pumpenkassette über die
Einlaßöffnung 548 entweicht.
Der Einsatz 514 umfasst auch eine am Umfang umlaufende
Nut 560, die einen O-Ring 561 aufnimmt, der eine
Dichtung ausbildet, wenn montiert, so dass verhindert ist, dass
gepumpte Flüssigkeit zwischen
dem Einsatz und der Innenwand des axialen Bohrung leckt. Auf ähnliche
Weise umfasst der Einsatz 516 eine ähnliche am Umfang umlaufende Nut 562,
die einen O-Ring 564 enthält, der eine Dichtung erzeugt,
die im wesentlichen die gleiche Funktion erfüllt, wie unmittelbar oberhalb
beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Konfiguration der Nuten und
der O-Ringe, die zur Ausbildung der oben erwähnten Dichtungen eingesetzt
werden, vorzugsweise, wie oben bereits im Kontext zu den Hochdruck-O-Ring-Dichtungen
der Pumpenkassette nach der 1 beschrieben
worden ist, ausgebildet sind. Die O-Ring-Dichtungen, die in der verbleibenden
Beschreibung diskutiert werden, sind ebenfalls vorzugsweise von
der Hochdruck-Konfiguration, wie mit Bezug zu der 1 diskutiert,
es sei denn es ist anderweitig spezifiziert in dieser Diskussion.
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In
der 10A ist eine alternative Ausführungsform
der Pumpenkassette nach der 9A dargestellt.
Aus Gründen
der Klarheit sind die Kolbenstange und der Kolben, die im wesentlichen gleich
sind wie die Kolbenstange und der Kolben nach der 9A, nicht dargestellt. Die Pumpenkassette 600 ist
auf vielfache Weise ähnlich
zu der Pumpenkassette 500, die in der obigen 9A gezeigt ist. Dementsprechend werden unten nur
die wesentlichen Unterschiede hervor gehoben. Der mittig angeordnete
Einsatz 604 der Pumpenkassette 600 (besser in
den 10B und 10C gezeigt)
ist etwas unterschiedlich konfiguriert, verglichen mit dem oben
beschriebenen Einsatz 514. Der Einsatz 604 umfasst
Kammern 606 und 608, die die sich bewegenden Teile
des Einlaß-Rückschlagventils 610 und des
Auslaß-Rückschlagventils 612 jeweils
umgeben, die von der axialen Mittenlinie 506 der Pumpenkassette
beabstandet angeordnet sind. Diese Konfiguration erlaubt eine et was
weniger komplexe und leichter herzustellende Fluidströmungswegkonfiguration und
eliminiert die Notwendigkeit des Vorsehens eines Umfangs-O-Ring-Kanals,
der den Einlaßströmungsanschluß (z.B.
der vorher erläuterte O-Ring-Kanal 556)
umgibt.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
kann die Leckage von Fluid unter hohem Druck hinter den Einsatz
effektiv verhindert werden, indem zwei am Umfang umlaufende Kanäle 614 und 616 für die Aufnahme
der O-Ringe 618 und 620 jeweils vorgesehen werden.
Der Einsatz 604 umfasst einen Einlaßströmungsweg 622, der
in Fluidverbindung mit einer Einlaßöffnung 624 steht,
der wiederum in Fluidverbindung mit einer Einlaßöffnung 626 durch die
Seitenwand der Röhre 502 steht.
Die Einlaßöffnung 624, wie
in der 10C dargestellt, ist in einem
vertieften Abschnitt 628 des Spulenabschnitts 630 des
Einsatzes positioniert. Der Einsatz 604 umfasst auch einen Ausgabekanal 632,
der in Fluidverbindung mit der Kammer 608 des Auslaß-Rückschlagventils steht und der
auch in Fluidverbindung mit der Kammer 606 des Einlaß-Rückschlagventils über die Öffnung 634 steht.
Der distale Einsatz 636 schafft einen Hochdruckfluidverbinder 638,
der eine andere Kopplungskonfiguration mit der Hochdruck-Auslaßfluidleitung (nicht
gezeigt) hat als die vorher für
den Einsatz 516 der 9A gezeigte.
Darüber
hinaus ist der Einsatz 636 innerhalb der Röhre 502 mittels
einer Bördelung 541 gesichert, ähnlich wie
der Einsatz 512.
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Darüber hinaus
umfassen das Einlaß-Rückschlagventil 610 und
das Auslaß-Rückschlagventil 612 Ventilteller 640,
die etwas unterschiedlich in der Konfiguration als die Teller 186,
die vorher beschrieben worden sind. Insbesondere haben die Teller 640, anstatt
einen Hauptkörperabschnitt
zu haben, der einen Innendurchmesser hat, der etwas größer ist
als der des Federandruckelements, wie oben erläutert, einen Hauptkörperabschnitt 642,
der einen zylindrischen oberen Abschnitt 644 hat, mit einem
Außendurchmesser,
der geringfügig
kleiner ist als der Innendurchmesser der Schraubenfedern 646,
und der einen Basisabschnitt 648 hat, der einen größeren Durchmesser
hat als der Außendurchmesser
des zylindrischen Abschnitts und der im wesentlichen gleich ist
zu dem Außendurchmesser
der Feder 646. Bei dieser Konfiguration ist die Feder 646,
anstatt innerhalb des Hauptkörperabschnitts
des Tellers positioniert zu sein, wie vorher beschrieben, rund um
die Außenfläche des
oberen zylindrischen Abschnitts 644 des Hauptkörperabschnitts
der Ventiltellers herum angeordnet.
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In
der 11A ist eine erste Ausführungsform
einer axial konfigurierten Pumpenkassette dargestellt, umfassend
einen Ventilkolben. Der Kolben 702 der Pumpenkassette 700 ist
ringförmig
in der Gestalt, mit einem zentral angeordneten Strömungsweg 704 dort
hindurch. Wie es weiter unten im Dateil beschrieben wird, strömt während des
Befüllungsschrittes
des Bereichs 706 des Zylinders 708 stromabwärts des
Kolbens Flüssigkeit
oder ein anderes Fluid durch den Kolben, um den Bereich des Zylinders stromabwärts des
Kolbens mit Flüssigkeit/Fluid
zu befüllen.
Der Kolben 702 ist mit dem hakenförmigen distalen Ende 710 der
Kolbenstange 712 verbunden. Die Kolbenstange 712 umfasst
einen Strömungsweg 714 darin,
so dass der Zylinder 708 in Fluidverbindung mit einer Einlaßleitung
(nicht gezeigt) steht, die mit dem Einlaß 716 der Kolbenstange
verbunden ist. Die Kolbenstange 712 weist einen aufgeweiteten proximalen
Endabschnitt 718 auf, der für das Ankoppeln an einen hin-
und hergehenden Stößel einer
mechanischen Pumpenantriebseinheit (nicht gezeigt) konfiguriert
ist.
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Der
Kolben 702 umfasst zusammen mit dem Teller 720 und
dem Haltemechanismus 722 ein Einlaßventil 724 der Pumpenkassette.
Der Teller 720 umfasst ein Dichtelement 726, welches
im wesentlichen ähnlich
in der Konfiguration ist wie die oben beschriebenen Ventildichtelemente,
die in Übereinstimmung
mit anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Der Teller 720 umfasst
jedoch keinen Hauptkörperabschnitt,
wie zuvor erläutert.
Der Ventilsitz 728 ist an der distalen Oberfläche des
Hauptkörperabschnitts 730 des
Kolbens 702 ausgebildet. Das Dichtelement 726 ist
gegen den Ventilsitz 728 gehalten, nämlich durch Spannung, die durch
die Schraubenfeder 732 auf den Draht 731 ausgeübt wird,
die mit dem proximalen Ende des Drahtes verbunden ist. Das distale
Ende des Drahtes 731 ist an dem Dichtelement 726 angebracht.
Die Schraubenfeder 732 ist innerhalb der Kammer 734 der
Kolbenstange 712 mittels der Platte 736 verankert,
die in der Kammer 734 angeschweißt sein kann oder auf andere
Art und Weise festgelegt sein kann.
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Das
Einlaß-Rückschlagventil 724 wird
wie folgt betrieben. Während
des Befüllungshubes
wird die Kolbenstange 712 entlang der Richtung 546 zurück gezogen.
Als eine Folge von entweder einem oder beidem, einem Vakuum, das
in dem Bereich 706 erzeugt wird und dem positiven Einlaßdruck,
der dem Kanal 714 in der Kolbenstange zugeführt wird,
neigt das Dichtelement 726 dazu sich distal zu verlagern, mit
Bezug zu dem Kolben 702, in eine Position, die durch gestrichelte
Linien 738 angezeigt ist. In dieser Konfiguration steht
das Dichtelement 726 nicht in Dichtkontakt mit dem Ventilsitz 728,
und das Einlaßventil 724 ist
daher offen, um eine Fluidströmung
in den Bereich 706 zu erlauben. Während eines Auslaßhubes wird
die Kolbenstange 712 in die Richtung 550 verlagert,
wodurch eine fluidinduzierte Kraft auf das Dichtelement 726 erzeugt
wird, so dass dieses gegen den Ventilsitz 728 gepresst
wird, wodurch eine druckdichte Abdichtung ausgebildet wird. Das
unter Druck stehende Fluid strömt
dann von dem Bereich 706 durch den Kanal 740 des
Einsatzes 512, hinter den Teller 640 des Auslaß-Rückschlagventils 744 (innerhalb
des Einsatzes 746 positioniert) und aus der Pumpenkassette 700 durch
den Kanal 748 der Einlaß-/Auslaßmuffe 636.
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In
der 11B ist eine alternative Ausführungsform
einer axial konfigurierten Pumpenkassette dargestellt, wobei ein
Kolben mit Ventil umfasst ist, sowie eine unterschiedliche Konfiguration
von Kolbenstange und Auslaßventilanordnung
vorhanden ist, verglichen mit der Ausführungsform nach der 11A. Die Pumpenkassette 800 umfasst eine
Kolbenstange 802, die mit dem Kolben 802 gekoppelt ist,
der einen Kupplungsbereich 126 für eine mechanische Pumpenantriebseinheit
hat, der im wesentlichen gleich der Konfiguration ist, die oben
mit Bezug zur Kolbenstange 124 der Pumpenkassette 100 beschrieben
worden ist. Die Kolbenstange 802 umfasst eine Einlaßöffnung 804,
die in Fluidverbindung mit der Einlaßkammer 806 und dem
Einlaßkanal 808 steht.
Das Dichtelement 726 wird gegen den Ventilsitz 728 des
Kolbens 702 mittels eines Drahts 810 gehalten,
der an dem Dichtelement an seinem distalen Ende angebracht ist und
der an einer Schraubenfeder 812 an seinem proximalen Ende
angebracht ist. Die Schraubenfeder 812 weist eine am meisten
proximal liegende Windung 814 auf, die einen Durchmesser
hat, der geringfügig
größer ist
als der Durchmesser der Windungen 816 innerhalb des Strömungskanals 808,
und der größer ist
als der Durchmesser des Kanals 808, wodurch sie dazu dient,
die Feder 812 innerhalb des Strömungskanals 808 während des
Betriebs zu positionieren und zu halten.
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Das
Auslaßventil 820 ist
ebenso etwas unterschiedlich konfiguriert, verglichen mit dem Auslaßventil 744,
wie oben mit Bezug zu der 11A beschrieben.
Insbesondere setzt das Auslaßventil 820 einen
Ventilteller 822 ein, welcher einen Hauptkörperabschnitt 824 hat,
der einen Außendurchmesser hat,
der nur geringfügig
kleiner ist als der Innendurchmesser der Röhre 502. Der Teller 822 umfasst
einen Hauptkörperabschnitt 824,
der einen im wesentlichen massiven Querschnitt hat, der jedoch eine
mittig angeordnete Bohrung 826 darin umfasst, in die eine Röhre 828,
die einen federbelasteten Stift 830 hat, eingesetzt ist.
Die Feder 832, die innerhalb der Röhre 828 enthalten
ist, steht unter Spannung, so dass die Feder eine Kraft auf den
Stift 830 ausübt,
so dass das Dichtelement 188 und der Teller 822 gegen
den Ventilsitz 834 gepreßt werden. Das distale Ende
der Röhre 828 ist
innerhalb des Auslaßströmungskanals 748 der
Auslaßmuffe
bzw. des Einsatzes 636 enthalten.
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In
der 11C ist eine alternative Einlaßventilkonfiguration
für den
Kolben 702 mit Ventil erläutert. Anstatt des Feder-/Draht-Haltemechanismus,
wie vorher beschrieben, wird das Dichtelement 726 nach der
vorliegenden Ausführungsform
durch ein Netz oder Gitter 850 gehalten, welches an der
distalen Fläche 852 des
Hauptkörperabschnitts 730 des
Kolbens 702 angebracht ist. Das Halteelement 850 sollte
derart in der Größe gewählt und
positioniert werden, dass eine seitliche Bewegung des Halteelements 726
im wesentlichen verhindert ist, sollte jedoch genügend axiale
Bewegung des Elements 726 vorsehen, um eine relative unbeschränkte Strömung von Fluid
hinter das Element zu ermöglichen,
während die
Pumpenkammer befüllt
wird.
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In
der 11D ist eine alternative Ventilkolbenanordnung 870 umfassend
zwei Ventile 872 und 874 dargestellt. Das Ventil 872 ist
als Einlaß-Rückschlagventil
konfiguriert, welches die Fluidströmung durch die Kolbenstange 876 entlang
des Fluidströmungswegs 878 und
durch den Kolben 880 über
den Strömungskanal 882 in
der Richtung des Pfeils 884 erlaubt. Das Auslaßventil 874 ist
konfiguriert, um die Fluidströmung
in der Richtung des Pfeils 886 und durch den Auslaßkanal 888 des
Kolbens 880 und entlang des Auslaßströmungswegs 890 der
Kolbenstange 876 zu ermöglichen.
Wie dargestellt, ist das Einlaß-Rückschlagventil 872 innerhalb
der Kammer 892 der Kolbenstange 876 angeordnet
und das Auslaß-Rückschlagventil 874 ist
innerhalb der Kammer 894 der Kolbenstange 876 angeordnet.
Bei alternativen Ausführungsformen
kann eines oder können
beide der Rückschlagventile
teilweise oder vollständig innerhalb
einer Kammer oder Bohrung enthalten sein, die in dem Kolben ausgebildet
ist, im Gegensatz zu der Kolbenstange. Die Teller 896 und
die Andruckfeder 898 können
im wesentlichen ähnlich
im Design sein wie die oben beschriebenen, und zwar im Kontext der 1 und 5A bis 5C,
mit der Ausnahme, dass typischerweise der Außendurchmesser der Ventilteller
und Federn in der vorher erläuterten Ausführungsform
etwas kleiner sind als die vorher beschriebenen, so dass diese innerhalb
der Grenzen der Kolbenstange 876 passen, wie beschrieben.
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Die 12A bis 12F zeigen
unterschiedliche Ansichten und Komponenten einer axial konfigurierten
Pumpenkassette 900, umfassend einen Kolben mit Ventil,
einen hin- und hergleitenden Kolben umfassen, der relativ zu der
Kolbenstange verlagerbar ist, mit der er verbunden ist. Die Pumpenkassette 900 hat
einen Hauptkörperabschnitt 902, der
aus dünnwandigem
Rohr 502 gebildet ist, wie oben erläutert. Innerhalb der axialen
Bohrung der länglichen
Röhre 502 ist
eine Auslaß-Rückschlagventilanordnung 904 enthalten,
die Einsätze 906 und 908 sowie
einen Teller 912, der von der Feder 910 unter
Druck gesetzt ist, umfasst. Die Einsätze 906 und 908 sind
innerhalb der Röhre 502 mittels
einer Crimpdichtung 542 fest gehalten, wie vorher beschrieben.
Der Einsatz 908, der an dem distalen Ende der Pumpenkassette 900 angeordnet
ist, bildet eine Auslaßmuffe
aus, die eine Hochdruckfluidverbindung 914 zur Anbringung
an einer Hochdruckauslaßröhre (nicht
gezeigt) ausbildet. Jeder der Einsätze 906 und 908 umfasst
am Umfang umlaufende, Hochdruck-O-Ringe 916, die im wesentlichen äquivalent zu
denen sind, die bereits bei früheren
Ausführungsformen
beschrieben worden sind.
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Der
am wesentlichste Unterschied, derder die vorliegende Ausführungsform
von den vorher beschriebenen axial konfigurierten Pumpenkassette unterscheidet,
umfasst die Konfiguration des hin- und hergleitenden Kolbens 920 und
der Kolbenstange 922 (siehe 12D bis 12F). Wie es in der 12F am
besten zu erkennen ist, ist der Kolben 920 in der Form
kreisringförmig,
mit einer zentral angeordneten Bohrung 924 dort hindurch,
wodurch ein Strömungskanal
definiert wird, der durch einen Teil des hin- und hergehenden Kolbens
in der axialen Bohrung/Zylinder 926 verläuft.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
weist die Kolbenstange 922 ein proximales Ende auf, umfassend
einen Kopplungsbereich 126 für einen mechanischen Pumpenantrieb,
wie oben erläutert.
In der dargestellten Ausführungsform
ist eine flexible Hülle 928,
die einen Biodichtung schafft, zum Beispiel durch einen Kleber an
der Kolbenstange 922 und ein einer Seitenwand 930 der
Röhre 502 angebracht.
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Die
Kolbenstange 922 ist konstruiert und positioniert, um eine
Kraft auf den sich hin- und
herbewegenden Kolben 920 auszuüben, um die Bewegung des Kolbens
während
des Betriebs anzutreiben. Der „floating" Kolben 920 ist
mit der Kolbenstange 922 gekoppelt, mittels einer Kupplung 932,
die eine relative Verlagerung zwischen dem Kolben und der Kolbenstange
erlaubt, und zwar während
zumindest eines Teils der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens
in dem Zylinder. Die Kolbenstange 922 und der Kolben 920 bilden
gemeinsam ein Einlaß-Rückschlagventil 934.
Wie es im Detail weiter unten noch diskutiert wird, im Kontext mit
der 12F, umfasst der Kolben 920 zusätzlich zu
einer ersten Zylinderwanddichtkomponente 130 einen aufgeweiteten
Dichtflanschabschnitt 132, wie er bereits vorher mit Bezug
zu den oben erläuterten
Kolben beschrieben worden ist, sowie er auch ein Ventildichtelement 936 umfasst,
welches einen proximalen Dichtflansch/eine zweite Dichtkomponente
umfasst, die derart konstruiert und angeordnet ist, um einen abdichtenden
Kontakt mit einer distalen Oberfläche 938 der Kolbenstange 922 auszubilden
(wobei diese distale Oberfläche
den Ventilsitz des Einlaßventils
aufweist), und zwar des druckerzeugenden Hubs des Kolbens (siehe
insbesondere 12D). Wie hier benutzt, ist
ein proximaler Dichtflansch „konstruiert
und angeordnet, um einen abdichtenden Kontakt herzustellen", nämlich mit
einer distalen Oberfläche
der Kolbenstange, wenn ein solcher Dichtflansch eine mechanische
Struktur und Materialeigenschaften hat, die es dem Flansch erlauben,
die distale Oberfläche
der Kolbenstange zu kontaktieren und um eine Schnittstelle des Kontaktes
zu erzeugen, nämlich zwischen
den Oberflächen,
wodurch eine Dichtung ausgebildet wird, die dazu in der Lage ist,
einen hydrostatischen Druck aufrecht zu erhalten, ohne dass es zu
einer bemerkenswerten Leckage dort hindurch kommt. Bei bevorzugten
Ausführungsformen
kann eine solche Dichtung einer Druckdifferenz widerstehen, die
zumindest 6,90 MPa (1000 psi) beträgt, vorzugsweise zumindest
34,47 MPa (5000 psi), in einigen anderen bevorzugten Ausführungsformen
zumindest 55,16 MPa (8000 psi), in anderen bevorzugten Ausführungsformen
zumindest 103,42 MPa (15000 psi), in anderen Ausführungsformen
zumindest 137,90 MPa (20000 psi), in anderen Ausführungsformen
zumindest 206,84 MPa (30000 psi), und in noch anderen Ausführungsformen
zumindest 344,74 MPa (50000 psi). Der „floating" Kolben 920 kombiniert im wesentlichen
sowohl die Zylinderabdichtmerkmale, die oben im Kontext zu den vorher
erläuterten
Kolben (z.B. der Kolben 122 der Pumpenkassette 100)
beschrieben worden sind als auch ein Ventildichtungselement, welches
in der Funktion ähnlich
dem Dichtelement ist, welches oben beschrieben worden ist (z.B.
siehe die 5A bis 5C und
die zugehörige
Beschreibung).
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Wie
es anhand der 12D bis 12F am besten
zu erkennen ist, umfasst der proximale Dichtflansch 936 einen
umlaufenden Flansch, der nach innen übersteht, in Richtung der Mitte
der Bohrung 924 und in proximaler Richtung zum Ventilsitz 938 der Kolbenstange 922.
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Das
zu pumpende Fluid tritt in die Pumpenkassette 900 über die
Einlaßleitung 940 ein,
die mit der Einlaßklemme 942 verbunden
ist (im Detail zu sehen in der 12B).
Die Einlaßklemmer 942 umfasst eine
C-förmige
Federklemme, die in der Größe derart bemessen
ist und konfiguriert ist, dass sie auf die Seitenwand 930 der
Röhre 502 aufschnappt.
Die Federklemme 942 kann aus einer breiten Vielfalt von elastischen
Materialien geformt sein, und ist vorzugsweise aus einem halbfesten
Plastikmaterial konstruiert, wie etwa einem Epoxypolymer. Die Federklemme 942 umfasst
einen Schulterabschnitt 944, der eine Oberfläche hat,
die der Röhre
zugewandt ist, mit einer Umfangsnut 946 darin, um einen
elastomeren O-Ring 948 aufzunehmen. Die Schulterkomponente 944 umfasst
eine zentral angeordnete und vorstehende Röhre 950, die ein Anschlußende des
Fluidströmungswegs 952 durch
die Federklemme ausbildet. Die Einlaßöffnung 953 durch die
Seitenwand 930 der Röhre 902 ist
proximal zum Kolben 920 angeordnet. Der röhrenförmige Vorsprung 950 weist
einen Durchmesser auf, der derart konfiguriert ist, dass er leicht
innerhalb der Öff nung 953 in
der Seitenwand 930 der Röhre 502 einschnappt
und er hat eine solche Länge,
die ausreicht, dass er zumindest einen Abschnitt der Wandstärke der
Röhre 502 durchquert. Die
natürliche
Elastizität
der Federklemme 942 erzeugt eine Kompressionskraft, die
dazu in der Lage ist eine leckdichte Abdichtung zwischen dem O-Ring 948 und
der Seitenwand 930 der Röhre 502 auszubilden,
wodurch die Leckage von Einlaßfluid
verhindert wird. Da die Fluiddrücke
in diesem Bereich relativ niedrig sind (z.B. annähernd der Druck der Atmosphäre), muss
diese O-Ring-Dichtung keine der oben beschriebenen Hochdruckvarianten
sein.
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Die
Kolbenstange 922 weist einen proximalen Abschnitt 956 auf,
der einen Außendurchmesser hat,
der nur geringfügig
kleiner ist als der Innendurchmesser der Röhre 502, um eine enge
Gleitpassung auszubilden. Im Gegensatz dazu, umfasst die Kolbenstange 922 einen
distalen Bereich 958, der einen kleineren Innendurchmesser
hat, wodurch ein ringförmiger
Raum 960 zwischen der Kolbenstange und der Innenfläche des
Zylinders 926 ausgebildet ist, wodurch ein Einlaßströmungsweg
für das
Fluid ausgebildet ist, welches in den Bereich 963 des Zylinders 926 eintritt,
stromabwärts
des Kolbens 920 und während
des Befüllungshubs
(siehe 12E). Um die Leckage von Fluid
von dem proximalen Ende der Röhre 502 zu
verhindern, zum Beispiel in das Innere der flexiblen Hülle 928,
und während
des Betriebs, umfasst das proximale Ende 956 der Kolbenstange 922 vorzugsweise
darin eine am Umfang umlaufende Nut 964, die darin einen
elastomeren O-Ring 966 aufnimmt, der eine Gleitdichtung
zwischen der Kolbenstange 922 und der Innenoberfläche der
Röhre 502 ausbildet,
die Leckage verhindert. Da die Fluiddrücke proximal zu der Kolbenstange
relativ niedrig sind während
des Betriebs, wie oben diskutiert, muss diese O-Ring-Dichtung keine Hochdruckvariante
sein, wie oben beschrieben sowie bei vorherigen Ausführungsformen.
Bezug genommen wird nun speziell auf die 12C und 12D. Die 12C zeigt
eine Explosionsdarstellung eines Kupplungsmechanismus 932,
der den „floating" Kolben 920 mit
der Kolbenstange verbindet. In der 12D ist
eine Detailansicht des Kolbens und der Kolbenstange gezeigt, konfiguriert
während
eines Auslaßhubs
der Pumpenkassette, wenn sich das Einlaß-Rückschlagventil 934 in
der geschlossenen Konfiguration befindet. Es sollte hier angemerkt
werden, dass wenn der „floating" Kolben 920,
wie dargestellt, ein einziges einstückiges Element umfasst, der
Kolben bei anderen Ausführungsformen
auch aus mehr als nur einem Element konstruiert sein kann, die miteinander
verbunden sind und/oder aneinander befestigt sind. Bei der bevorzugten
dargestellten Ausführungsform
sind der Hauptkörperabschnitt 968,
die erste Dichtkomponente 130 und die zweite Dichtkomponente 936 integral ausgebildet.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen
ist der Kolben aus einem einspritzgegossenen Polymermaterial gefertigt,
besonders bevorzugt aus den Materialien, die oben beschrieben worden
sind, aus denen bevorzugt die Kolben der oben erläuterten
Pumpenkassette gefertigt sind. Um eine Struktur zu schaffen, die
dazu in der Lage ist hohen Pumpendrücken zu widerstehen, zum Beispiel höher als
1000 psig, ist es vorzuziehen, dass alle Oberflächen, die mit dem Fluid in
Kontakt stehen, senkrecht zu der Längsachse 506 des Zylinders
bzw. des Kolbens ausgerichtet und orientiert sind, sowie die, die
nicht direkt durch die Kolbenstange (z.B. die Oberflächen 970)
abgestützt
werden, eine minimale Querschnittdicke aufweisen, die eine minimale
Querschnittdicke des Dichtflanschabschnitts des Kolbens übersteigt
(z.B. die Dicken 240 und 972, siehe 12F).
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Der
Kupplungsmechanismus 932 umfasst ein Kolbenhalteelement 974,
gekoppelt mit, oder bei alternativen Ausführungsformen ausgebildet durch eine
distale Fläche 938 der
Kolbenstange 922. Das Halteelement 974 ist konstruiert
und positioniert, um den distalen Abschnitt 976 des Hauptkörperabschnitts 968 des
Kolbens zu berühren,
während
des Befüllungshubs
(siehe 12E), um so den Kolben innerhalb
des Zylinders proximal zu ziehen. Wie dargestellt, umfasst das Kolbenhalteelement 974 eine perforierte
Scheibe, die eine Mehrzahl von am Umfang verteilten Kanälen 978 aufweist,
die dort hindurch ausgebildet sind, und die Fluidströmungswege ausbilden,
sowie einen mittig angeordneten Kanal 980, durch den der
Kupplungsstift 982 eingesetzt ist. Der Kupplungsstift 982 ist
anbringbar in der Bohrung 984 der Kolbenstange 922 gehalten.
In der gezeigten Ausführungsform
wird der Stift durch einen Kleber festgehalten. Bei alternativen
Ausführungsformen kann
die spezielle Kupplungskonfiguration anders sein als die gezeigte.
Zum Beispiel kann der Stift 982 durch eine Schraube, eine
Niete, eine hakenförmige Muffe
oder andere Sicherungsmittel ersetzt werden. Alternativ können das
Kolbenhalteelement und die Kupplungsmittel integral als Teil des
distalen Endes der Kolbenstange ausgebildet werden. Ebenso braucht
das Kolbenhalteelement 974 und der Stift 982 keine
separate Komponente zu sein, sondern kann bei alternativen Ausführungsformen
integral ausgebildet sein. Wenn das Halteelement 974 und der
Stift 982 separate Elemente sind, wie gezeigt, ist es offensichtlich,
dass der Außendurchmesser
des Stiftes 982 etwas größer sein sollte als der Innendurchmesser
der Bohrung 980, so dass das Halteelement 974 sicher
auf dem Stift gehalten ist, durch eine Passung, so dass es sich
relativ zum Stift axial nicht bewegen kann. Bei alternativen Ausführungsformen
kann eine solche Passung ersetzt sein durch alternative Sicherungsmittel,
zum Beispiel durch einen Kleber, eine Halteklemme, einen Halteflansch auf
dem Stift, usw.
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Wie
es in der 12D gezeigt ist, wenn der Kolben
in der Richtung des Pfeils 986 während eines Auslaßhubs bewegt
wird, neigen die Reibungskräfte zwischen
dem aufgeweiteten Dichtflansch 132 und der Zylinderwand
und/oder die hydrodynamischen Kräfte
dazu, den Kolben proximal und relativ zu der Kolbenstange 922 zu
bewegen, so dass das Ventildichtungselement 963 gegen die
distale Oberfläche 938 der
Kolbenstange gepresst wird, wodurch eine Abdichtung ausgebildet
wird. Wenn der Druck im Zylinder ansteigt, wird eine zusätzliche
Kraft auf das Ventilsitzelement 936 aufgebracht, wodurch
die Zuverlässigkeit
der Dichtung erhöht
wird, die zwischen dem Kolben und der Kolbenstange ausgebildet ist.
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Es
wird Bezug genommen auf die 12E, in
der die Konfiguration der Kolbenstange und des Kolbens während des
Einlaßabschnitts
des Pumpenhubs dargestellt ist. Während des Einlaßhubs, wenn die
Kolbenstange 922 proximal in die Richtung 988 verlagert
wird, wie oben erwähnt,
bewirkt der Reibungswiderstand des Dichtflansches 132 gegen
die Innenfläche
des Zylinders und/oder der hydrodynamische Widerstand, dass der „flaoting" Kolben 920 mit
Bezug zu der Kolbenstange 922 sich distal verlagert, so
dass ein Spalt 990 erzeugt wird, der einen Flüssigkeitsströmungsweg 992 durch
die Bohrung 924 des Kolbens und Kanäle 978 des Halteelements 974 definiert,
wodurch der Bereich 963 des Zylinders 926 stromabwärts des
Kolbens befüllt
wird. Tatsächlich
passiert folgendes, nämlich
dass der Kolben 920 während
des Einlasses proximal durch ein Reservoir an Fluid sich bewegt,
welches in den Kanälen 960 vorhanden
ist, die den distalen Abschnitt 958 der Kolbenstange 922 umgeben.
Darüber
hinaus wird zusätzliches
Fluid in den Zylinder 926 eingesaugt, proximal zu dem Kolben
und während
des Einlaßhubs, infolge
eines leichten Vakuums, welches in dem Bereich 963 während des
Zurückziehens
des Kolbens erzeugt wird. Damit ist es im allgemeinen nicht notwendig
Fluid unter positivem Druck zu dem Einlaß 952 zuzuführen, obwohl
das gemacht werden kann, wie bei einigen Ausführungsformen, falls gewünscht, um
die Kraft zu reduzieren, die erforderlich ist, um den Kolben und
die Kolbenstange zurück
zu bewegen und/oder um die Abnutzung und die Belastung auf dem Kolben 920 und/oder
dem Kolbenhalteelement 974 und/oder dem Stift zu reduzieren.
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Während der
Zurückbewegung
der Kolbenstange 922 bewegt sich der Kolben 920 distal
mit Bezug zu der Kolbenstange, bis die distale Fläche 976 des
Hauptkörperabschnitts 968 des
Kolbens in Kontakt kommt mit dem Kolbenhalteelement 974,
und an einer weiteren distalen Verlagerung mit Bezug zu der Kolbenstange
gehindert ist. Der Bereich der relativen Bewegung zwischen Kolben
und Kolbenstange 990 ist gleich der Differenz zwischen
der Hublänge
der Kolbenstange und des Kolbens während der Hin- und Herbewegung.
Dieser Abstand kann eingestellt werden, zum Beispiel durch Justierung
der Länge
des Stiftes 982, der distal von der Kolbenstange 922 vorsteht,
um eine gewünschte
Kolbenhublänge
vorzusehen, die kürzer
ist als die Hublänge
der Kolbenstange.
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Eine
vergrößerte Ansicht
eines Details des „flaoting" Kolbens 920 ist
in der 12F dargestellt. Bei bevorzugten
Ausführungsformen
sind die Abmessungen und Konfiguration von Abschnitten des Kolbens,
der konfiguriert ist, um eine Gleitdichtung mit der Innenfläche des
Zylinders der Pumpenkassette auszubilden, zum Beispiel die erste
Zylinderdichtkomponente 130, die den aufgeweiteten Dichtflansch 132 bei
bevorzugten Ausführungsformen
umfasst, im wesentlichen ähnlich
oder äquivalent
zu ähnlichen
Merkmalen, die mit Bezug zu vorher dargestellten Kolben bereits
diskutiert worden sind. Merkmale, die im wesentlichen ähnlich in
der Konfiguration zu denen sind, die bereits oben beschrieben worden
sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei den
oben beschriebenen Kolben. Ähnlich
sind auch Dimensionen und Winkel, die Werte haben, die vorzugsweise
in die Bereiche fallen, die vorher diskutiert worden sind, durch
die gleiche Notation oder Bezugszeichen gekennzeichnet (z.B. die Durchmesser
D3 und D4, die Winkel A1 und A3, sowie die Abmessungen 220, 240 und 242).
Es ist anzumerken, dass die oben erwähnten Abmessungen mit Bezug
zu einem Kolben gegeben werden, der für den Einsatz in einer Pumpenkammer
entworfen wurde, die einen Innendurchmesser von etwa 0,375 Zoll hat,
wie oben diskutiert. Wie oben erwähnt, hängen die optimalen Abmessungen
und Winkel und Konfigurationen in gewissem Ausmaß von der Größe der Bohrung
ab, in der sich der Kolben hin- und herbewegt, von den Materialien
der Konstruktion und von der Konfiguration des Kolbens, den gewünschten
Betriebsdrücken,
der Drehzahl der Pumpe, und von weiteren Betriebsparametern, usw.
Wie vorher diskutiert, ist das spezifische Design und die Konfiguration
des Kolbens für
eine effektive oder optimale Leistung typischerweise und einfach
bestimmbar mittels Reihenversuche, die Routine-Experimente und Optimierungen
umfassen.
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In
dem dargestellten Beispiel beträgt
der Innendurchmesser D8 der mittig angeordneten Bohrung 924 des
Hauptkörpers 968 des
Kolbens 920 etwa 5,588 mm (0,22 Zoll). Der Außendurchmesser D9
des Schulterbereichs 976 des Hauptkörperabschnitts 968 beträgt etwa
7,366 mm (0,29 Zoll) und der Innendurchmesser D10 der Bohrung 993,
deren Umfang durch die zweite Dichtkomponente 936 definiert
ist, beträgt
etwa 3,556 mm (0,14 Zoll). Ein typischer Wert der Dicke 972 der
zweiten Dichtkomponente 936 beträgt etwa 0,25 mm (0,01 Zoll).
Es ist so zu verstehen, dass jeder dieser Werte variiert werden kann,
sowohl in positiver als auch in negativer Richtung, ausgehend von
den oben erwähnten
beispielhaften Werten, während
trotzdem eine adäquate
und möglicherweise übergeordnete
Funktion im Vergleich zu einem Kolben erreicht wird, der die obigen
Abmessungen hat, und zwar in vielen Betriebszuständen. Wie vorher schon hervorgehoben,
hängen
die optimalen Werte von jeder dieser Abmessungen von verschiedenen,
vorher erwähnten
Faktoren ab, und diese werden am besten mittels Routinetests und
Optimierungen unter den gewünschten
Betriebs bedingungen bestimmt. Wie dargestellt, beträgt D9 etwa 80%
von 04; D8 beträgt
etwa 80% von D9; und D10 beträgt
etwa 40% von D4 oder etwa 50% von D9. Diese Verhältnisse sind machbar und für einige
beispielhafte Konfigurationen und Betriebsbedingungen angenehm,
können
jedoch variiert werden, in Abhängigkeit
von dem Material der Konstruktion, den eingesetzten Drücken, und
dem System-Gegendruck und den Strömungsanforderungen. Wie oben
diskutiert, sollten besondere Parameter mittels Routinetests und
Optimierungen under den gewünschten
Betriebszuständen
bestimmt werden. Es gibt allgemeine Betrachtungen, die praktisch
bei jedem Design zutreffen. D9 ist kleiner als D4, und zwar um einen
Betrag, der durch die Dicke 240, die Länge 220 und den Winkel
A2 bestimmt wird. D8 ist kleiner als D9, und zwar um einen Betrag,
der ausreicht es der Schulter zu ermöglichen, mit dem Kolbenhalteelement 974 in Eingriff
zu gelangen (siehe 12C und 12D), und
um einen Betrag, der klein genug ist (oder mit einem absoluten Durchmesser,
der groß genug
ist), um zu verhindern, dass der Strömungsweg 978 in dem Halteelement 974 blockiert
wird. D10 ist kleiner als D8, und zwar um einen Betrag, der im wesentlichen gleich
dem Ausmaß des
radial einwärtigen Überstands
des Dichtelements 936 ist.
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In
Umfangsrichtung ist der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 937 der
zweiten Dichtkomponente 936 dadurch gekennzeichnet, dass
eine Ventilfläche 995,
die dem Ventilsitz zugewandt ist, einen ersten Winkel A5 ausbildet,
mit Bezug zu einer Ebene 994, die im wesentlichen senkrecht
zu der Achse 506 verläuft,
sowie eine distale ausgerichtete Oberfläche 996 einen zweiten
Winkel A6 ausbildet, mit Bezug zu dieser Ebene. Bei bevorzugten
Ausführungsformen
ist der Winkel A6 größer als
der Winkel A5. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen liegt der Winkel
A5 zwischen etwa 6 Grad und etwa 25 Grad, bei besonders bevorzugten
Ausführungsform
liegt der Winkel A5 zwischen etwa 10 Grad und etwa 15 Grad, und
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
liegt der Winkel A5 bei etwa 12 Grad. Bei bevorzugten Ausführungsformen
liegt der Winkel A6 zwischen etwa 15 Grad und etwa 60 Grad. Bei
besonders bevorzugten Ausführungsformen
liegt der Winkel A6 zwischen etwa 20 Grad und etwa 40 Grad, und gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist der Winkel etwa 30 Grad.
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Die 13 zeigt eine alternative Konfiguration 1000 der
Pumpenkassette 900 nach der vorher beschriebenen 12A. Die Pumpenkassette 1000 ist im Wesentlichen äquivalent
zu der Pumpenkassette 900, mit der Ausnahme, dass anstatt
der Einlaßleitung,
die an der. Pumpenkassette mittels einer Federklemme 942 angebracht
ist und dass eine diskrete flexible Hülle 928 vorgesehen
ist, die Pumpenkassette 1000 eine elastische Hülle oder
Beschichtung 1002 hat, die beide oben erwähnten Funktionen erfüllt. Die
elastische Hülle
oder Beschichtung 1002 umkapselt die längliche Röhre 502 von einem
Bereich, der distal zu der Einlaßbohrung 953 (siehe 12A) liegt bis zu einem Bereich, der proximal
zu der Röhre
ist, dort wo die Hülle
oder Beschichtung 1002 abdichtend an der Kolbenstange 922 angebracht
ist. Die Hülle
bzw. die Beschichtung 1002 umfasst einen erweiterbaren
Balg 1004, der darin ausgebildet ist, und der es der Kolbenstange 922 ermöglicht,
sich während
des Betriebs der Pumpenkassette hin und herzubewegen, wobei auch
eine effektive Biodichtung geschaffen ist, die die Verunreinigung
der Pumpenkammer der Pumpenkassette verhindert. Die Hülle oder
Beschichtung 1002 umfasst auch einen hohlen, umlaufenden
Balg 1006 darin, der axial entlang der Röhre 502 positioniert
ist, so dass das hohle Innere in Fluidverbindung mit der Einlaßbohrung 953 (siehe 12A) der länglichen
Röhre 502 steht,
die die Pumpenkassette ausbildet. Der hohle Balg 1006 umfasst
und steht in Fluidverbindung mit einem Einlaßleitungsverbinder 1008,
der so konfiguriert ist, dass er mit der Einlaßleitung verbunden werden kann
und damit in Fluidverbindung steht.
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Die
Hülle oder
Beschichtung 1002 kann aus einer breiten Vielfalt von elastischen
Materialien gefertigt werden und ist vorzugsweise aus einem elastomeren
Material geformt, zum Beispiel aus einem elastomeren Polymermaterial,
wie etwa natürlicher oder
synthetischer Gummi. Die Hülle
oder Beschichtung kann mittels Beschichten der Röhre 502 oder durch
Aufschrumpfen der Hülle
auf die längliche
Röhre 502 und
die Kolbenstange 922 ausgebildet werden. Alternativ kann
eine Beschichtung auch zum Beispiel durch Einspritzgiessen und nachfolgendes Installieren
auf der länglichen
Röhre und
der Kolbenstange ausgebildet werden, wie dargestellt. Die fluiddichte
Abdichtung der Hülle/Beschichtung 1002 an der
Außenoberfläche der
länglichen
Röhre 502 und der
Kolbenstange 922 kann bei einigen Ausführungsformen verbessert werden,
nämlich
durch Anbonden der Kontaktflächen
der Röhre
und/oder der Kolbenstange mit der Hülle/Beschichtung 1002,
oderdurch Anbonden ausgewählter
Abschnitte solcher Oberflächen,
nämlich
durch eine Vielzahl von gut bekannten Mitteln, beispielsweise mittels
verschiedener Kleber, durch Lösemittelschweissen,
Ultraschallschweissen, thermisches Bonden, usw.
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Die 14 zeigt eine Ansicht einer auseinander gebauten
Aufnahmestruktur 1020 und einen Teil einer mechanischen
Pumpenantriebseinheit 1022, an die sie angebracht werden
kann, und die genutzt werden kann, so wie dargestellt oder mit geringfügigen Modifikationen,
mit einigen der vorher beschriebenen axial konfigurierten Pumpenkassette (z.B.
den Pumpenkassetten 900 und 1000). Die mechanische Pumpenantriebseinheit 1022 umfasst
einen sich hin- und herbewegenden Pumpenstößel 1024, der eine
mittig angeordnete Bohrung 1026 darin hat, um den Kupplungsbereich 126 der
mechanischen Pumpenantriebseinheit der Kolbenstange aufzunehmen.
An dem hin- und hergehenden Pumpenstößel 1024 ist verlagerbare
Eingriffsklemme 1028 angebracht, die derart konfiguriert
ist, dass sie mit der Kupplungskerbe 144 des Kupplungsbereichs 126 der
mechanischen Pumpenantriebseinheit zusammenpassend in Eingriff gelangt.
Der hin- und hergehende (Pumpen-) Stößel 1024 umfasst eine
geschlitzte Nut durch die Seitenwand darin (nicht gezeigt), die
unterhalb der Kupplungsklemme 1028 positioniert ist. Die
Kupplungsklemme 1028 umfasst einen Kerbeneingriffsvorsprung
(nicht gezeigt), der sich von einer inneren Oberfläche dort
aus in den oben erwähnten
Schlitz hinein erstreckt, der so konfiguriert ist, dass er mit der
Kupplungskerbe 144 der Kolbenstange in Eingriff gelangt,
wenn die Klemme 128 in Kontakt mit der Außenfläche 1030 des
Stößels 1024 positioniert
ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen
umfasst die Klemme 1028 eine Feder oder ein Andruckelement,
welches seine Innenfläche
gegen die Fläche 1030 drückt, wodurch
der Eingriff des Vorsprungs mit der Kupplungskerbe 144 aufrecht
erhalten wird, wenn die Kolbenstange in der Bohrung 1026 installiert
ist. Nach dem Außereingriffbringen kann
eine Bedienperson die Klemme 1028 in der Richtung des Pfeils 1032 verschieben,
um den Vorsprung ausreichend weit aus der Bohrung 1026 zu verlagern,
um die Entfernung der Kolbenstange aus der Bohrung zu erlauben.
Bei bevorzugten Ausführungsformen
ist der Kupplungsvorsprung, der durch die Klemme 1028 vorgesehen
ist, mit einer Keilform versehen, so dass das sich im Querschnitt
verjüngende
distale Ende der Kolbenstange (siehe zum Beispiel die 1)
automatisch den Vorsprung verlagert, wenn die Kolbenstange in die
Bohrung 1026 eingesetzt wird, so dass eine einfache, automatische Kopplung
während
des Zusammenbauens der Pumpenkassette in operativer Konfiguration
mit der mechanischen Pumpenantriebseinehit 1022 und der Aufnahmestruktur 1020 gegeben
ist.
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Die
Körpereingriffskomponente 1034 der Aufnahmestruktur 1020 ist
mit der mechanischen Pumpenantriebseinheit 1022 zum Beispiel
mittels Schraubbolzen (nicht dargestellt) verbunden. Die Körpereingriffskomponente 1034 umfasst
eine Bohrung 1035, die die längliche Röhre umgibt, die den Hauptkörperabschnitt
der axial konfigurierten Pumpenkassette umfasst, während des
Ankoppelns, und eine Bohrung 1036 durch eine Seitenwand 1038 der Komponente 1034,
um den Zugang einer Einlaßleitung
zu ermöglichen,
zum Beispiel der Einlaßleitung 940 der
Pumpenkassette 900 oder die Einlaßleitung 1010 der
Pumpenkassette 1000. Die Pumpenkassette wird während des
Ankoppelns innerhalb der Bohrung 1035 der Aufnahmestruktur
abgestützt
und an weiterer Bewegung gehindert, sowie die axiale Verlagerung
der Pumpenkassette mit Bezug zu der mechanischen Pumpenantriebseinheit
verhindert ist, nämlich
mittels eines Auslaßverbindungseingriffsabschnitts 1040 der
Aufnahmestruktur 1020, die herausgearbeitete Vertiefungen 1042 darin
aufweist, die eine Form und Abmessungen haben, die der Form und
den Abmessungen der Schulterbereiche 909 des Auslaßverbinders 908 (siehe 12A und 13) komplimentär und zusammenpassend
entsprechen. Der Auslaßverbindungseingriffsabschnitt 1040 kann an
der Körpereingriffskomponente 1034 mittels
Verbinder gesichert werden, zum Beispiel mittels Schraubbolzen (nicht
dargestellt), wodurch eine operative Konfiguration erhalten wird.
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In
der 15A ist eine alternative Konfiguration
einer Kolben- und einer Kolbenstangen-Anordnung dargestellt, die
einen steifen Stützring
(z.B. aus einem Metall oder aus einem anderen festen und im wesentlichen
steifen Material) umfasst. Diese Konfiguration kann vorteilhafterweise
eingesetzt werden bei zahlreichen der „nichtfloatenden" Dichtkolbenanordnungen,
die vorher offenbart worden sind, wie etwa in den 3, 4A, 4B, 4C, 9A, 11A, 11B, 11C, 11D gezeigt,
um die Lebensdauer des Kolbens zu verlängern. In der dargestellten
Querschnittansicht weist der Kolben 1602 aus Polymermaterial
eine Dichtkomponente 130 auf, und ist durch einen Stützring 1603 gestützt, der
ein sich im Querschnitt verjüngendes
Außenprofil
hat, mit seinem maximalen Überstand
bei 1607. Der Kolben 1602 und der Stützring 1603 sind
auf der Kolbenstange 1606 durch Widerhaken 1608 oder
andere elastische Halteelemente gehalten.
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Während des
Betriebs lastet die Dichtkomponente 130 auf der Zylinderwand,
wodurch eine Abdichtung geschaffen ist. Wie oben bereits beschrieben,
kann der Dichtflanschabschnitt 132 der Dichtkomponente
während
des Einsatzes nach und nach sich abnutzen. Ohne den Einsatz des
Stützrings 1603 und
nach einem längeren
Einsatz kann sich die Dichtkomponente 130 unter bestimmten
Betriebsbedingungen ab nutzen, vorzugsweise an einem bestimmten Punkt,
so dass der Kolben 1602 kippt. Die sich ergebenden Kräfte können den
Kolben 1602 leicht verformen, so dass eine Leckage hinter
den Kolben oder zwischen den Kolben und den Körper ermöglicht ist.
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Der
Einsatz des Stützrings 1603 kann
eine solche Erosion und/oder ein Kippen des Kolbens 1602 verhindern
oder hinauszögern.
Der maximale Durchmesser des Rings bei 1607 wird ausgewählt, dass
ein schmaler Spalt zu der Wand des Zylinders verbleibt. Ein nomineller
Spalt von etwa 0,001 Zoll ist typisch. Unter manchen Betriebszuständen kann
der Stützring
die Wand berühren.
In solchen Fällen
kann das Vorsehen einer Abschrägung
es dem Ring ermöglichen,
sich rasch in Übereinstimmung
mit der Bohrung abzunutzen, während
der Bereich des Kontakts verringert wird. Typischerweise neigt bei
einigen Ausführungsformen
in der Folge, da sich der Stützring 1603 langsamer
abnutzt als die Kolbendichtkomponente 130, der Stützring 1603 dazu,
den Kolben in einer geraden Orientierung zu halten, um die Umfangskantenerosion
und das Kippen des Kolbens 1602 zu reduzieren. Bei Tests
wurde herausgefunden, dass der Stützring 1603 in einigen
Fällen
die Lebensdauer des Kolbens zum Beispiel unter bestimmten Zuständen zumindest
um das dreifache, fünffache
oder sager zehnfache verlängern
kann, wobei zum Beispiel die Lebensdauer von zehn Minuten auf über eine
Stunde in einigen Fällen
verlängert
werden konnte.
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Eine
alternative Ausführungsform
zur Konfiguration des Kolbens/des Stützrings, um externe Verunreinigungen
aus dem Zylinder fern zu halten, ist in der 15B gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform ist
ein proximaler Flansch 1609 an dem Kolben 1652 angebracht,
oder ist als Teil des Kolbens 1652 ausgeformt. Der Stützring 1653 ist
bei 1610 derart konturiert, so dass er den proximalen Flansch 1609 aufnimmt
und der maximale Überstand
des Stützrings 1653 (d.h.,
der maximale Durchmesser 1657) liegt an der Kante 1657 des
Stützrings 1653.
Aus Gründen der
Klarheit sind der Kolben 1652 und der Stützring 1653 getrennt
voneinander dargestellt, wie es in der 15B dargestellt
ist, die beiden Komponenten sind jedoch aneinander angebracht oder
integral miteinander ausgebildet. Der proximale Flansch 1609 muss
nicht notwendigerweise eine Dichtung vorsehen, sondern er kann derart
konfiguriert und in den Abmessungen vorgesehen sein, dass er die
Oberfläche
des Kolbenzylinders (nicht dargestellt) im Rückwärtshub abwischt, wodurch Verunreinigungen
in einen Bereich eingeengt werden, der proximal zu dem Dichtflansch 132 liegt.
Bei anderen Ausführungsformen
kann der proximale Flansch, anstatt an dem Kolben positioniert zu
sein, an dem Zylinder positioniert sein, um zu verhindern, dass
die Verunreinigungen die Dichtkomponente 130 oder den Dichtflansch 132 erreichen.
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Eine
weitere Ausführungsform
einer axial konfigurierten Pumpenkassette, die durch Crimpen einer
Röhre zusammen
gebaut ist, ist in der 16 gezeigt.
Bei dieser Konfiguration ist das Gehäuse des Zylinders aus einer
dünnwandigen
rohrförmigen Kartusche
bzw. Kassette gefertigt, die nicht notwendigerweise stark genug
ist, um dem Druck zu widerstehen, der durch den Kolben erzeugt wird.
Um die dünnwandige
röhrenförmige Kartusche
zu stützen, weist
der Aufnahmemechanismus der Pumpenantriebseinheit einen robusten
Zylinder 1901 auf, der die Kartusche 1904 umgibt.
Diese Konfiguration kann die Kosten des wegwerfbaren Teils reduzieren.
Die Pumpenantriebseinheit, wie schematisch dargestellt, umfasst
einen robusten Zylinder 1901; einen Halteblock 1902 für eine Ventilanordnung 1908;
und ein Antriebselement 1903, welches an einem Ende 1912 der
Kolbenstange 1913 angebracht ist. Eine dünnwandige
röhrenförmige Kassette 1904 ist
innerhalb des Zylinders 1901 positioniert, und die Kolbenanordnung 1910 bewegt
sich innerhalb der Kassette 1904 hin und her. Der Kolben
kann jeder sein, wie sie oben beschrieben worden sind, aber in der
vorliegenden Darstellung ist eine einstückige Kolben-/Kolbenstangen-Anordnung
gezeigt, die einen Hauptkörperabschnitt 1910 hat,
eine Dichtkomponente 130 hat und ein Ende 1912 eines
Stangenabschnitts 1913 hat, welches an einem Antriebselement 1903 anzubringen
ist. Diese Kolben-/Kolbenstangen-Anordnung kann durch Einspritzgiessen,
durch Maschinenbearbeitung oder auf andere Art und Weise als ein einzelnes
Teil hergestellt werden. Bei anderen Ausführungsformen, wie oben beschrieben
und dargestellt, kann der Kolben aus mehreren Teilen hergestellt
werden, die dann aneinander angebracht werden. Ein Ventilblock 1908,
der Einlaß-
und Auslaßleitungen 1906 und 1907 enthält, sowie
Einlaß-
und Auslaß-Ventile
(nicht dargestellt), die den vorher beschriebenen ähnlich sind,
kann in dem Zylinder 1901 durch den Halteblock 1902 gehalten
werden oder kann alternativ durch eine Crimpung 1909 und/oder eine
distale Crimpung 1905 fest gehalten werden. Der Halteblock 1902 kann
an dem Zylinder 1901 mit einer Klemme (nicht dargestellt)
gesichert sein.
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Optional
könnte
der Zylinder 1901 ein wegwerfbares Element anstatt ein
Teil des Antriebsmechanismus sein.
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In
der 17A ist eine Ausführungsform
einer Pumpenkassette dargestellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgesehen ist, nämlich
mit einer Kolbenstange, die keinen Kolben umfasst, wobei eine Dichtkomponente,
die eine Abdichtung zwischen der Kolbenstange und dem Zylinder schafft, durch
den Zylinder getragen ist, im Zylinder enthalten ist oder Teil des
Zylinders ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist ein Zylinder 1801 eine
kreisringförmige
Vertiefung 1802 auf, die innerhalb seiner Innenoberfläche 1813 liegt.
Ein am Umfang umlaufender aufgeweiteter Dichtring 1803,
der die Dichtkomponente 130 schafft, die einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt 132 umfasst,
ist innerhalb der kreisringförmigen
Vertiefung 1802 aufgenommen. Ein Halteelement 1804 kann
benutzt werden, um den Dichtring 1803 an dem Zylinder 1801 zu
sichern. Bei bevorzugten Ausführungsformen
ist der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 132 so dimensioniert
und konfiguriert, dass während
zumindest eines Teils des Betriebs der Pumpenkassette eine Dichtung
zwischen dem aufgeweiteten Dichtflansch 132 des Zylinders 1801 und
einer Oberfläche
der Kolbenstange 1812 ausgebildet ist, die dazu fähig ist,
einer Druckdifferenz quer über
die Dichtung von zumindest 6,90 MPa (1000 psi) zu widerstehen, ohne
eine bemerkenswerte Leckage an Fluid durch die Dichtung, vorzugsweise
zumindest etwa 55,16 MPa (8000 psi), bevorzugt zumindest 103,42
MPa (15000 psi), in anderen Ausführungsformen
zumindest 137,90 MPa (20000 psi), in anderen Ausführungsformen
zumindest 206,84 MPa (30000 psi), und in noch anderen Ausführungsformen
zumindest 344,74 MPa (50000 psi). Wie es oben mit Bezug zu der Ausführungsform,
die in der 1 gezeigt ist, diskutiert worden
ist, kann die Dichtkomponente 130 und der Zylindereingriffs-Hauptkörperabschnitt 1804 des
Dichtrings 1803 integral oder nichtintegral ausgebildet
sein. Der Dichtring 1803 kann ein getrenntes oder abtrennbares
Element aufweisen, welches mit dem Zylinder 1801 verbunden
ist, entweder fest (z.B. durch Kleben, Schweissen, Bonden, usw.)
oder nicht fest und/oder verlagerbar. Bei anderen Ausführungsformen
könnte
der Zylinder eine integral ausgebildete einstickige Dichtkomponente
umfassen. Bei einer solchen Ausführungsform
würde der
Zylinder oder zumindest ein Teil des Zylinders und die Dichtkomponente
ein einzelnes integrales Element aufweisen.
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In
der 17A ist eine Ausführungsform
einer Pumpenkassette dargestellt, die eine Kolbenstange aufweist,
die derart konstruiert und angeordnet ist, dass sie relativ zu einem
Zylinder hin- und herbewegt wird. Die Kolbenstange 1812 ist
mit einer mechanischen Pumpenantriebseinheit (in den 6A und 6B dargestellt)
koppelbar. Bei einer solchen Ausführungsform wird der Zylinder 1801 im wesentlichen
stationär
gehalten, während
die Kolbenstange 1812 sich hin- und herbewegt. Bei der
vorliegenden Ausführungsform
sind die Ventile 1805 und 1806 an dem Körper des
Zylinders positioniert.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der Kassette, die eine Dichtkomponente hat, die dem Zylinder zugeordnet
ist, und die in der 17B gezeigt ist, können die
Ventile auf der Kolbenstange positioniert sein, anstatt an dem Körper des
Zylinders, wie nach der 17A.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
sind die beiden Ventile 1805 und 1806 an der Kolbenstange 1822 positioniert
und der aufgeweitete Dichtflansch 1803 ist innerhalb des
Zylinders 1821 umfasst. Bei anderen Ausführungsformen (nicht
gezeigt) kann ein Ventil an dem Körper der Kassette positioniert
sein, während
das andere Ventil an der Kolbenstange positioniert ist. Weiterhin
könnte der
Dichtring 1803 eliminiert und durch eine Dichtkomponente
ersetzt sein, die von einem Kolben getragen ist, der mit der Kolbenstange
verbunden ist, wie oben beschrieben. In der Ausführungsform nach der 17B ist der Zylinder 1821 derart konstruiert und
angeordnet, dass er um einen im wesentlichen stationären Kolben 1822 sich
hin- und herbewegt. Selbstverständlich
sind auch Ausführungsformen möglich, die
eine Kolbenstange und einen Zylinder umfassen, die sich beide bewegen.
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In
der 17C ist im Detail eine Ausführungsform
eines Zylinders gezeigt (ähnlich
dem, der in der 17A gezeigt ist), der einen
Dichtring 1843 im Detail umfasst. Der Zylinder 1801 weist
eine ringförmige
Vertiefung 1842 auf, die an der Innenoberfläche 1813 ausgebildet
ist. Die ringförmige
Vertiefung 1842 umfasst Hinterschneidungen 1820,
um die Dichtringerweiterungen 1819 aufzunehmen und dadurch
den Dichtring 1843 festzuhalten. Wie oben beschrieben,
kann der aufgeweitete Dichtring 1843 mit dem Zylinder 1813 durch
andere Methoden verbunden werden. Das Hal teelement 1844 und
das optionale zusätzliche
Halteelement 1815 können
benutzt werden, um den Dichtring 1843 an dem Zylinder 1813 zu
sichern. Bei dieser besonderen Ausführungsform wirkt der Abschnitt
des Dichtrings 1843, der in dem Zylinder 1801 fest
gehalten ist, als ein Dichtkomponentenstützelement für die Dichtkomponente 130.
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In
der 17D ist eine Ausführungsform
eines aufgeweiteten Dichtrings 1843 gezeigt, die die Dichtkomponente 130 im
Detail zeigt. Die Abmessungen und Winkel, die Werte haben, die vorzugsweise
in die Bereiche fallen, die oben beschrieben worden sind, nämlich für kolbenzugeordnete
Dichtkomponenten, sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
(z.B. die Winkel A1 und A2, die Abmessungen 220, 240 und 242).
Bei bevorzugten Ausführungsformen
ist der aufgeweitete Dichtflansch 132 so konfiguriert,
dass die erste Oberfläche 236 des
aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts, benachbart zu und gegenüberliegend
zu einer Oberfläche, mit
der er in Gleitkontakt steht (z.B. eine Oberfläche der Kolbenstange), einen
ersten Winkel A1 einnimmt, mit Bezug zu der Längsachse 110 des Zylinders
und dass er zu einer zweiten Oberfläche 238, die von der Oberfläche weg
zeigt, mit der er in Kontakt steht, einen zweiten Winkel A2 ausbildet,
wiederum mit Bezug zu der Längsachse
des Zylinders.
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Während einige
Ausführungsformen
der Pumpenkassetten, Komponenten davon, Pumpsysteme, und Verfahren
zum medizinischen und chirurgischen Pumpen/Infusionieren bisher
hier dargestellt worden sind, kann der Fachmann eine Vielzahl von anderen
Mitteln und Strukturen erkennen, um solche Pumpenkassetten, Komponenten
davon, Pumpsysteme und Pumpverfahren zur Ausführung der Funktionen und/oder
zum Erhalt der Ergebniss oder Vorteile, die hierin beschrieben sind,
zu erreichen, sowie jede dieser Variationen oder Modifikationen
innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt.
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Ganz
allgemein ausgedrückt,
erkennt der Fachmann, dass alle Parameter, Abmessungen, Materialien
und Konfigurationen, die hierin beschrieben sind, beispielhaft sind,
und dass tatsächliche
Parameter, Abmessungen, Materialien und Konfigurationen von der
spezifischen Anwendung abhängen,
bei denen die Systeme und Verfah ren nach der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden. Der Fachmann wird erkennen oder ist in der Lage
dazu, mittels Routineexperimenten viele Äquivalente zu den spezifischen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung aufzufinden, wie hierin beschrieben.
Es ist deshalb so zu verstehen, dass die vorher beschriebenen Ausführungsformen
nur beispielhaft sind und dass die vorliegende Erfindung innerhalb
des Schutzumfangs der zugehörigen
Patentansprüche
ausgeführt werden
kann, abweichend von den spezifischen Ausführungsformen, wie beschrieben.