-
Technisches
Gebiet
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet elektromagnetisch betriebener
Fluidpumpen und insbesondere auf eine neue und verbesserte elektromagnetische
Pumpe, die mit äußerst niedriger
Leistung arbeitet.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Die
Hauptanforderungen für
eine Pumpe zur Verwendung in implantierbaren Arzneimittelabgabesystemen
sind niedrige Leistungsaufnahme, da die Pumpe durch eine implantierte
Batterie betrieben werden muss, und Kompatibilität mit dem Arzneimittel, das
gepumpt wird. Eine weitere wichtige Anforderung ist, dass die Pumpe
mit Blasen betrieben werden können
muss, die in der Flüssigkeit,
die gepumpt wird, vorhanden sind. Eine verwandte Betrachtung ist,
dass die in der Pumpe bereitgestellte Blasenpumpfähigkeit
keine durch die Trägheit
der Fluidströmung
hervorgerufene Ungenauigkeit verursacht. Diese Trägheitswirkung
ist ein Ergebnis des Impulses der Fluidströmung, der die Bewegung der
Strömung
für einige
Zeit nach Abschluss des Pumpenkolbenhubs aufrechterhalten kann,
wodurch das im Ergebnis des Hubs zugeführte Fluidvolumen erhöht wird.
Eine weitere Pumpenentwurfsbetrachtung ist die Schaffung einer verhältnismäßig kleinen
Verdrängungspumpe,
die Blasen in gleichwertiger Weise wie eine größere Verdrängungspumpe pumpt.
-
WO
84/01718 offenbart eine Vorrichtung (10) für die Fluidbehandlung
und -zuführung
in einem Medikamenteninfusionssystem mit: einem Medikamentenbehälter (14)
zur Lagerung ausgewählter
Medikamente; einer Pumpe (52) zum Pumpen der ausgewählten Medikamente,
wobei die Pumpe (52) in einer pulsierenden Betriebsart
arbeitet, die eine pulsierende Ausgabeströmung erzeugen kann; einem Akkumulator
(36) zum Akkumulieren der ausgewählten Medikamente, wobei der
Eingang des Akkumulators (36) mit dem Ausgang der Pumpe
(52) in Verbindung steht; einem Drosselkörper (72)
zum Drosseln der Strömung
der ausgewählten
Medikamente, wobei der Drosselkörper
(72) mit dem Ausgabeakkumulator (36) in Verbindung
steht, wobei der Drosselkörper (72)
in Verbindung mit dem Akkumulator (36) das pulsierende
Wesen der Strömung
der ausgewählten Medikamente
dämpft;
und einem Katheter (90) zur Verbindung der ausgewählten Medikamente
von dem Ausgang des Strömungsdrosselkörpers (72)
mit einem lebenden Körper.
-
Aufhaben und
Zusammenfassung der Erfindung
-
Dementsprechend
sind die Aufgaben der Erfindung die Schaffung einer elektromagnetisch
betriebenen Pumpe, die sicher ist, die zuverlässig ist, die eine kleine Größe hat,
die ein niedriges Gewicht hat, die ohne übermäßige Anforderung an die verfügbare Energieversorgung
arbeitet, die mit Arzneimitteln oder ähnlichen zu pumpenden Flüssigkeiten kompatibel
ist, die mit Blasen, die in der gepumpten Flüssigkeit vorhanden sind, arbeiten
kann, in der die Trägheitswirkung
auf die Pumpengenauigkeit verringert ist und in der die Blasenpumpfähigkeit
durch eine Verringerung der Pumpenverdrängung nicht verringert wird.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft eine elektromagnetische Pumpe, die
umfasst: ein Gehäuse mit
einer Fluidaufnahmekammer in Verbindung mit einem Einlass und mit
einer Fluidpumpkammer in Fluidverbindung mit einem Auslass, Rückschlagventilmittel,
die der Fluidaufnahmekammer funktional zugeordnet sind, um eine
Fluidströmung
in einer Richtung von dem Einlass zu dem Auslass zuzulassen und
um eine Fluidströmung
in einer Richtung von dem Auslass zu dem Einlass zu blockieren,
elektromagnetische Mittel, die von dem Gehäuse getragen werden und sich
außerhalb
von dessen Fluidkammern befinden, und Sperrenmittel in Form einer
dünnen
Membran aus einem fluidundurchlässigen
Material, die den Elektromagneten von den Fluidkammern hermetisch
isolieren. Ein Anker, der in dem Gehäuse beweglich ist, besitzt
einen Polabschnitt, der so angeordnet ist, dass er durch die elektromagnetischen Mittel
magnetisch angezogen wird, und besitzt einen Kolbenabschnitt, um
Fluid aus den Kammern und durch den Pumpenauslass zu drängen. Der
Ankerkolbenabschnitt ist in dem Pumpengehäuse beweglich unterstützt und
befindet sich auf der Einlassseite eines Ankertauchkolbens. Wenn
der Anker durch die elektromagnetischen Mittel angezogen wird, wird
er aus einer Ruheposition durch einen Vorwärtspumphub bewegt, um Fluid
durch den Auslass aus der Aufnahmekammer zu drängen, während der Anker durch Vorbelastungsmittel
in einer entgegengesetzten Richtung durch einen Rückwärtshub in
die Ruheposition zurückbewegt
wird. Außerdem
werden gesteuerte Mittel zur Schaffung eines Umgehungswegs für Blasen
und Fluid um den Ankerkolbenabschnitt zwischen der Fluidpumpkammer
und der Fluidaufnahmekammer nur während des Rückwärtshubs des Ankers geschaffen.
-
Die
Fluidträgheitswirkung
wird durch Mittel zur Schaffung einer Öffnung in dem Fluidströmungsweg
von dem Pumpenauslass und durch Mittel in dem Umgehungsweg zur Schaffung
einer Öffnung
für die
Fluidströmung
in diesem Weg verringert, wobei die Auslass- und die Umgehungsöffnung je
nach den Fluidströmungscharakteristiken
des Systems, dessen Teil die Pumpe ist, entweder einzeln oder gemeinsam
vorgesehen sind. Akkumulatormittel in dem Fluidströmungsweg
zwischen dem Pumpenauslass und einem Katheter, der von der Pumpe
wegführt, mildern
Trägheits-
und Viskositätswirkungen,
die von dem Katheter entstehen. Ein Ankerpolabschnitt besitzt einen
mit dem Fluid in Kontakt gelangenden Abschnitt aus einem Material,
das mit dem Fluid kompatibel und diesem gegenüber korrosionsbeständig ist, und
ist in einem Aspekt ein Körper
aus einem magnetischen Material in einer Titanhülle und ist in einem weiteren
Aspekt ein Körper
aus einer Chrom-Molybdän-Eisen-Legierung.
Die Rückschlagventilmittel
und der Einlass sind so beschaffen, dass die Pumpenverdrängung verringert
werden kann, ohne die Blasenpumpfähigkeit der Pumpe zu verringern.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnung
-
1 ist
eine Längsschnittansicht
einer Pumpe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist
eine Längsschnittansicht,
teilweise im Aufriss, einer Pumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
3 ist
eine vergrößerte Ansicht
in dem in 2 durch Strichlinien umrandeten
Bereich;
-
4 ist
eine teilweise graphische Seitenaufriss-Teilansicht, die eine Pumpenanordnung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
-
5 ist
eine Längsschnitt-Teilansicht
einer Pumpe gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
-
6 ist
eine Längsschnitt-Teilansicht
einer alternativen Version der Pumpe aus 5.
-
Ausführliche
Beschreibung
-
Nunmehr
anhand von 1 enthält eine Pumpe 10 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 12, das allgemein hohl
ist und entweder eine rechteckige oder eine zylindrische Gesamtform
besitzt, wobei die Pumpe 10 einen Innenbereich zur Aufnahme
von Fluid, d. h. der zu pumpenden Flüssigkeit, enthält. Der
hohle Innenraumbereich ist in einer zu beschreibenden Weise in eine
Fluidaufnahmekammer 14 und in eine Fluidpumpkammer 16 in
Fluidverbindung damit geteilt. Es gibt einen allgemein mit 18 bezeichneten
Einlassanschluss in Fluidverbindung mit der Fluidaufnahmekammer 14,
der so beschaffen ist, dass er in dem Fluidbehandlungskreislauf,
der die Pumpe 10 enthält, verbunden
ist. Außerdem
gibt es einen Auslassanschluss 20 in Fluidverbindung mit
der Fluidpumpkammer 16, der so beschaffen ist, dass er
in dem Fluidbehandlungskreislauf verbunden ist. In der gezeigten
veranschaulichenden Pumpe ist der Einlassanschluss 18 so
beschaffen, dass er mit einer Quelle oder Zufuhr von zu pumpenden
Fluid verbunden werden kann, und ist der Auslassanschluss 20 so
beschaffen, dass er in Fluidverbindung mit einem Ort ist, zu dem
Fluid gepumpt werden soll. Außerdem sind
allgemein mit 24 bezeichnete Rückschlagventilmittel vorgesehen,
die dem Bereich der Pumpe 10, der Fluid enthält, funktional
zugeordnet sind, um zuzulassen, dass Fluid in einer Richtung von
dem Einlass 18 durch den Auslass 20 fließt, und
um zu blockieren, dass Fluid in einer Richtung von dem Auslass durch
den Einlass fließt.
In der Pumpe dieser Ausführungsform
sind die Rückschlagventilmittel 24 innerhalb
der Pumpe, wobei sie in einer zu beschreibenden Weise dem Pumpenanker
zugeordnet sind.
-
Das
Gehäuse 12 ist
allgemein hohl und enthält
einen ersten Körperabschnitt 30 mit
einer verhältnismäßig starken
Wanddicke. Außerdem
enthält das
Gehäuse 12 einen
ersten axialen Endabschnitt 32, der von einem Ende des
Körpers 30,
d. h. wie in 1 gesehen von dem rechten Ende,
ausgeht und eine verhältnismäßig kleinere
Wanddicke hat, wobei er in einer axialen Stirnfläche 34 endet. Der
Gehäuseabschnitt 30 definiert
einen Innenbereich mit konstantem Durchmesser mit einer inneren
Oberfläche 36.
Der Gehäuseabschnitt 30 endet
an dem anderen Ende davon, d. h. wie in 1 gesehen
am linken Ende, in einer Stirnfläche 38.
Das Gehäuse 12 enthält einen
zweiten oder zentralen Körperabschnitt 40, der
einen Innenbereich mit konstantem Durchmesser mit einer inneren
Oberfläche 42 definiert.
Der Körperabschnitt 40 besitzt
einen ersten axialen Stirnflächenabschnitt 44,
der mit der Stirnfläche 38 des
Körperabschnitts 30 in
Kontakt gelangt. Ein ringförmiger Flansch
oder Rand 46 verläuft
axial über
den Stirnflächenabschnitt 44 hinaus
und ist in einer ringförmigen Schulter
aufgenommen, die zwischen der Stirnfläche 38 und der äußeren Oberfläche des
Körperabschnitts 30 definiert
ist. Die äußeren Oberflächen der
Körperabschnitte 30 und 40 haben
im Wesentlichen gleiche Querschnittsformen und Abmessungen, so dass
sie im Wesentlichen bündig
sind.
-
Ferner
umfasst das Gehäuse 12 ein
Federhalteelement 50 in der allgemeinen Form einer Buchse
mit einer Außenabmessung,
die im Wesentlichen gleich der Außenabmessung des Körperabschnitts 40 ist,
so dass es im Wesentlichen bündig
damit ist. Das Element 50 enthält eine axiale Verlängerung 52 mit
einem Außendurchmesser,
der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Körperabschnitts 40 ist,
so dass es darin in einem engen reibschlüssigen Sitz aufgenommen ist.
Die Verlängerung 52 endet
in einer ringförmigen
Schulter, die durch axiale und zylindrische Oberflächen 54 bzw. 56 definiert
ist, um in einer zu beschreibenden Weise eine Federhaltefunktion
zu schaffen. Das gegenüberliegende
Ende des Elements 50 endet in einer axialen Stirnfläche 60.
Durch zylindrische und axiale Oberflächen 62 bzw. 64 an
der Umfangsverbindung zwischen der Stirnfläche 60 und der äußeren Oberfläche des
Körpers 40 ist
eine ringförmige
Schulter definiert. Die Schulter nimmt ein Ende eines ersten Schweißringelements 70 auf,
das einen Außendurchmesser
besitzt, der im Wesentlichen gleich der Außenabmessung des Elements 50 ist,
so dass es damit im Wesentlichen bündig ist. Das Ringelement 70 ist
an einem Ende davon, d. h. wie in 1 gesehen
am rechten Ende, mit dem Element 50 der oben erwähnten Schulter
davon auf geeignete Weise verschweißt. An seinem gegenüberliegenden
Ende ist der Ring 70 auf eine zu beschreibende Weise mit
anderen Komponenten des Pumpengehäuses verbunden.
-
Die
Pumpkammer 16 ist auf folgende Weise in Fluidverbindung
mit der Auslassöffnung 20 angeordnet.
In dem Körper
des Halteelements 50 ist eine axial verlaufende Öffnung oder
ein axial verlaufender Durchlass 80 vorgesehen, die/der
von der Stirnfläche 60 axial
nach innen verläuft,
und im Gehäusekörperabschnitt 40 ist
eine Längsbohrung
oder ein Längsdurchlass 82 vorgesehen,
die/der an seinem anderen Ende in einer allgemein zylindrischen
Kammer im Register mit dem Anschluss 20 endet. Der Gehäuseabschnitt 40 ist
mit einer radial verlaufenden Bohrung oder mit einem radial verlaufenden
Durchlass 84 versehen, in die/in den ein Ende eines Rohrs
oder einer Armatur 86 eingepasst ist, das/die einen Abschnitt des
oben erwähnten
Fluidkreislaufs umfasst und das/die bald ausführlicher beschrieben wird.
-
Somit
ist die Pumpkammer 16 über
die Anordnung der Durchlässe 80, 82 und 84 in
Fluidverbindung mit dem Auslassanschluss 20 angeordnet.
Die Kammer 16 ist auf folgende Weise in Fluidverbindung mit
der Fluidaufnahmekammer 14 angeordnet. In dem Körper des
Halteelements 50 ist eine weitere axial verlaufende Öffnung oder
ein weiterer axial verlaufender Durchlass 90 vorgesehen,
die/der von der Stirnfläche 60 axial
nach innen verläuft
und sich dem Durchlass 80 im Wesentlichen diametral gegenüberliegend
befindet. Der Körperabschnitt 40 ist
mit einer längs
verlaufenden Bohrung oder mit einem längs verlaufenden Durchlass 92 versehen,
die/der so angeordnet ist, dass sie/er in Fluidverbindung mit dem Durchlass 90 steht.
Eine radial verlaufende Öffnung 94 im
Körper 40 trifft
auf den Durchlass 92 an dessen Ende. Im Ergebnis ist das
Innere des Körperabschnitts 40 und
somit der Kammer 14 über
die Anordnung der Durchlässe 90, 92 und 94 in
Fluidverbindung mit der Kammer 16 angeordnet.
-
Der
Einlassanschluss 18 ist durch die folgende Anordnung vorgesehen.
In der axialen Gehäusestirnfläche 34 ist
eine zylindrische Aussparung mit kurzer axialer Länge vorgesehen,
die in einer inneren ringförmigen
Stirnfläche 100 endet.
Die innere Oberfläche 102 der
Aussparung hat einen größeren Durchmesser
als die innere Gehäuseoberfläche 36. Die
Oberflächen 100 und 102 definieren
eine ringförmige
Schulter, die den zylindrischen Körper eines Metallringelements 104 in
eng passender Beziehung aufnimmt. Der Metallring 104 besitzt
eine innere axiale Stirnfläche 106,
die mit einer mittigen, nabenartigen axialen Verlängerung 108 versehen
ist, die eine axiale Stirnfläche
besitzt, die mit einem kreisförmigen Ventilgebilde 110 versehen
ist, das so geformt ist, dass es eine scharfe ringförmige Kante
definiert, die axial in den Gehäuseinnenbereich
weist. Von dem Ventilgebilde 110 verläuft eine mittige Bohrung oder ein
mittiger Durchlass 112 mit konstantem Durchmesser axial
nach innen, woraufhin sie/er auf einen Durchlass 114 von
zunehmendem Durchmesser trifft. Außerdem besitzt der Metallring 104 eine äußere axiale
Stirnfläche 116,
die von der Gehäusestirnfläche 34 für eine kurze
Strecke axial nach außen
verläuft. In
der Stirnfläche 116 ist
eine zylindrische Aussparung 118 gebildet, die etwa über die
Hälfte
der axialen Länge
des Metallrings 104 nach innen verläuft. In der Aussparung 118 ist
eine Kappe 120 mit einer zylindrischen Außenform
aufgenommen. Die Kappe 120 besitzt eine mittige Öffnung 122,
in die ein Ende eines Rohrs oder einer Armatur 124 eingepasst
ist, das/die einen Abschnitt der oben erwähnten Fluidleitung umfasst
und bald ausführlicher
beschrieben wird. Die Öffnung 122 besitzt
einen Endabschnitt 126 mit zunehmendem Durchmesser, der
im Wesentlichen dem Durchlass 114 des Metallrings 104 entspricht.
Somit ist durch den mittigen Durchlass der Kappe 120 ein
Strömungsweg
definiert, wobei die Durchlassabschnitte 112 und 114 einen
Einlassanschluss 18 definieren. Wie in 1 gezeigt
ist, ist zwischen das Metallringelement 104 und die Kappe 120 ein
scheibenförmiges
Filterelement 128, vorzugsweise von dem Typ aus geätztem Titan,
so eingepasst, dass es in dem Strömungsweg ist.
-
Ferner
umfasst die Pumpe der vorliegenden Erfindung allgemein mit 130 bezeichnete
elektromagnetische Mittel, die durch das Gehäuse 12 getragen werden
und sich außerhalb
des Bereichs des Gehäuses,
der Fluid enthält,
befinden. Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Elektromagnet 130 einen
Kern 132 in Form einer Rolle, der allgemein eine Zylinderkörpergestalt
besitzt. Auf die Rolle 132 ist eine Spule 134 gewickelt,
die in einem hohlen Gehäuse 136 mit
einer allgemein zylindrischen Gestalt enthalten ist. Zwischen der
Spule 134 und dem Gehäuse 136 befindet sich
ein hülsenartiger
Körper 138 aus
Kapselungsmaterial, der um das Ende der Spule 136, das
dem Gehäuse 12 zugewandt
ist, axial nach innen verläuft. Ein
Ende des Elektromagneten 130 grenzt an das Gehäuse 12 an
und liegt an ihm an, während
das gegenüberliegende
Ende, d. h. wie in 1 gesehen das linke Ende, durch
eine Anordnung verschlossen ist, die eine Dichtungsscheibe 140 und
einen Körper 142 aus
einem Kapselungsmittel wie etwa aus einem Epoxidmaterial enthält. Ein
Paar Anschlüsse,
von denen einer mit 144 bezeichnet ist, schaffen über ein paar
Leiter, von denen einer mit 146 bezeichnet ist, eine elektrische
Verbindung von einer Leistungsquelle wie etwa von einer Lithiumbatterie-Ladeeinheit
und einem Kondensator zum Elektromagneten 130. Der Elektromagnet 130 ist
auf folgende Weise mit dem Gehäuse 12 verbunden.
-
Der
innere Bereich des Gehäuses 12,
der Fluid enthält,
und der Elektromagnet 130 sind durch Sperrenmittel aus
einem fluidundurchlässigen
Material in Form einer verhältnismäßig dünnen Platte
oder aus einer membranähnlichen
Komponente 160 getrennt. An dem Ende des Magnetgehäuses 136,
das an das Gehäuse 12 angrenzt,
ist ein zweiter Schweißring 162 vorgesehen.
Der Außendurchmesser
des Rings 162 ist im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser
des ersten Schweißrings 70,
so dass die jeweiligen äußeren Oberflächen im
Wesentlichen bündig
sind. Der Bereich zwischen der Spule 134 und der Sperre 160 ist
durch den ringförmigen Ringabschnitt
des Kapselungsmittels 138 belegt. Die Gehäuse- und
die Elektromagnetstruktur sind in anliegender Beziehung auf dem
gegenüberliegenden Seiten
der Platte 160 angeordnet, und die Baueinheit ist durch
eine Schweißverbindung,
die die jeweiligen äußeren Oberflächen der
Schweißringe 70 und 162 verbindet,
aneinander befestigt. Außerdem
gelangt ein vergrößerter ringförmiger Endabschnitt 168 der Rolle 132 in
einer solchen Weise mit dem Mittelabschnitt der Platte 160 in
Kontakt, dass er diese unterstützt.
-
Ferner
umfasst die Pumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung einen allgemein mit 200 bezeichneten Anker, der
in dem Bereich des Gehäuses 12, der
Fluid enthält,
positioniert ist. Der Anker besitzt einen Polabschnitt 202,
der so angeordnet ist, dass er durch den Elektromagneten 130 magnetisch
angezogen wird. Der Anker besitzt einen Kolbenabschnitt 204,
der der Fluidaufnahmekammer 14 zugeordnet ist, um Fluid
aus der Kammer 14 in die Kammer 18 zu bewegen.
Wie in 1 gezeigt ist, besitzt der Anker den Polabschnitt 202 zur
Bewegung in der Kammer 18. Der Anker 200 ist zur
Bewegung aus einer Ruheposition durch einen Vorwärtspumphub, wenn er durch den
Elektromagneten 130 angezogen wird, um Fluid aus den Kammern 14 und 16 durch
den Auslass 20 zu drängen,
und zur Bewegung in einer entgegengesetzten Richtung durch einen
Rückwärtshub zurück in die
Ruheposition im Gehäuse 12 beweglich unterstützt. In 1 ist
der Anker 200 in der Ruheposition am Ende des Rückwärtshubs
gezeigt.
-
Der
Anker 200 enthält
einen Schaft- oder Stababschnitt 205, der im Gehäuse 12 positioniert
ist, wobei seine Längsachse
allgemeinen mit der Längsachse
des Gehäuses 12 zusammenfällt. Ein
Hauptabschnitt der Länge
ist ein Abschnitt mit verhältnismäßig kleinem
Durchmesser. Der Anker 200 enthält einen allgemein mit 202 bezeichneten
Polabschnitt, der einen Hauptabschnitt der Kammer 16 belegt,
in der er sich befindet, wobei der Polabschnitt 202 wie in 1 gezeigt
eine seitliche Abmessung besitzt, die einige Male größer als
seine longitudinale Abmessung ist. In Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung umfasst der Polabschnitt 202 einen Körper aus
magnetischem Material in einer Titanhülle, wobei die durch die Titanhülle geschaffene
Kapselung einen Schutz gegenüber
Korrosion von stabilisiertem Insulin zur Verwendung in implantierbaren Zuführungssystemen
und von anderen korrodierenden Arzneimitteln schafft. Insbesondere
weist der Polabschnitt 202 einen Körper 2Q6 in Form einer Scheibe
auf. Die Hülle
umfasst eine dünnwandige Kappe 208,
die eine Basis 210, die mit einer axialen Fläche der
Scheibe 206 in Kontakt steht, und einen ringförmigen Rand 212,
der mit dem Umfang der Scheibe 206 in Kontakt steht, besitzt.
Die Hülle
ist durch einen scheibenförmigen
Körper 214 abgeschlossen,
der mit der gegenüberliegenden
axialen Stirnfläche
der Scheibe 206 in Kontakt steht und an dem Rand 212 der
Kappe 208 anliegt. Wie in 1 gezeigt
ist, verläuft
der Rand 212 der Kappe 208 etwas axial über den
Umfang der Scheibe 206 hinaus, wobei der Körper 214 in
den Rand 212 passt und mit ihm in Kontakt steht und wobei
ein Schweißring 220 den
Umfang des Rands 212 so umklammert, dass der Ring 220,
der Rand 212 und der scheibenförmige Körper 214 an ihren
Verbindungen miteinander verschweißt sein können.
-
Der
scheibenförmige
Körper 214 ist
mit wenigstens einem Entlüftungsdurchlass 224 darin
versehen, um während
der Montage Restgas zu entleeren, wobei der Durchlass 224 nach
der Montage durch einen Stopfen 226 abgedichtet wird. Der Durchlass 224 hat
die Form einer axial verlaufenden Durchgangsbohrung im Körper 214.
Die Einrichtungen des Durchlasses 224 und des Stopfens 226 sind notwendig,
da das kleine Restvolumen Gas im Napf 208 entleert werden
muss, um den Napf 208 selbst dann dicht gegen die Scheibe 206 zu
drücken,
wenn das Innere der Pumpe 10 auf niedrigem Druck ist. Der
Stopfen 226 besitzt die Form eines Füllstifts und wird mit der gesamten
Baueinheit unter Unterdruck an seiner Stelle verschweißt, um das
Lüftungsloch 224 im
Körper 214 zu
schließen.
-
Somit
endet der Ankerpolabschnitt 202 an dem dem Elektromagneten 130 zugewandten
Ende in einer axialen Stirnfläche,
die als die Polschuhfläche
dient und im Wesentlichen senkrecht zu der Ankerachse angeordnet
ist. Die Ankerpolschuhfläche definiert
zusammen mit dem Elektromagneten 130 den Magnetkreisspalt,
der während
des Vorwärtsankerhubs
geschlossen wird. Die Polschuhfläche
hat im Vergleich zur Querschnittsfläche des Ankerkolbenabschnitts 204 eine
verhältnismäßig große Querschnittsfläche. Der
Ankerpolabschnitt 202 dient als der Tauchkolbenabschnitt
des Ankers, wobei, während
sich die Polschuhfläche
zur Platte 160 bewegt, wenn der Magnet 130 erregt
wird, der Polabschnitt 202, wenn er sich in der Kammer 16 bewegt,
das Fluid verdrängt
und zum Auslass 20 bewegt.
-
Der
Ankerschaftabschnitt 205 ist über eine von dem scheibenförmigen Körper 206 ausgehende hülsenartige
axiale Nabe oder Buchse 232, an der ein Ankerstab oder
-schaft 234 befestigt ist, mit dem Polabschnitt 202 verbunden.
Der Außendurchmesser
der Buchse 232 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser
des Halteelements 50, so dass die Buchse 232 in
dem Halter 50 entlang in Längsrichtung frei beweglich
ist. Die Befestigung erfolgt durch Klemmen der Buchse 232,
was ermöglicht,
dass die Gesamtlänge
der Kolbenbaueinheit geändert
wird, um den Kolbenhub einzustellen. An dem der Buchse 232 gegenüberliegenden
Ende ist der Schaft 234 mit einer Erweiterung versehen,
die zwei Schaftabschnitte mit verhältnismäßig größerem Durchmesser enthält. Insbesondere
gibt es einen ersten Abschnitt 236, der der Buchse 232 zugewandt
ist, und einen zweiten, axial angrenzenden Abschnitt 238,
der einen größeren Durchmesser
hat. Der Abschnitt 236 hat eine verhältnismäßig kürzere axiale Länge, und die
Abschnitte 236, 238 definieren dazwischen einen der
Schulter zugewandten Polabschnitt 202.
-
Um
den Anker 200 in die in 1 gezeigte Ruheposition
zu zwingen, sind Vorbelastungsmittel in Form einer Schraubenfeder 244 vorgesehen.
Ein Ende der Feder 244 sitzt in der durch die Ankerschaftabschnitte 236, 238 definierten
ringförmigen Schulter.
Das gegenüberliegende
Ende der Feder 244 sitzt in der durch die Oberflächen 54, 56 des
zuvor beschriebenen Halteelements 50 definierten ringförmigen Schulter.
Der Halter 50 ist konzentrisch mit dem Ankerschaftabschnitt 202 und
nimmt die Feder 244 auf, die ebenfalls konzentrisch mit
dem Ankerschaftabschnitt 204 ist. Wie zuvor beschrieben
wurde, ist der Ankerschaftabschnitt 204, insbesondere die
Buchse 232, im Halter 40 axial frei beweglich.
-
Der
Anker 200 enthält
einen allgemein mit 250 bezeichneten Kolbenabschnitt, der
in dem Innenbereich des Gehäuseabschnitts 30 beweglich
positioniert ist und axial vom Ankerkörperabschnitt 238 zum
Einlass 18 verläuft.
Der Kolben 250 hat eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt
mit einem ersten Abschnitt 252, der für einen zu beschreibenden Zweck
an den Körperabschnitt 238 mit
verhältnismäßig kleinerem
Durchmesser axial angrenzt, und mit einem zweiten Abschnitt 254 mit
einem etwas größeren Durchmesser
als der Abschnitt 252. Der Abschnitt 254 hat ebenfalls
eine größere axiale
Länge im
Vergleich zum Abschnitt 252. Um die Hin- und Herbewegung
des Kolbens 250 im Gehäuseabschnitt 30 während der
Vorwärts-
und Rückwärtshübe des Ankers 200 zu
ermöglichen,
ist der Außendurchmesser
des Abschnitts 254 etwas kleiner als der Durchmesser des
Innendurchlasses im Gehäuseabschnitt 30.
Der Abschnitt 254 endet in einer axialen Stirnfläche 256,
die dem Einlass 18 zugewandt ist.
-
Die
Pumpe gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
enthält
Rückschlagventilmittel 24,
die funktional mit dem Anker 200 gekoppelt sind und die sich
in dem Bereich des Gehäuses,
der Fluid aufnimmt, befinden, um den Pumpeneinlass zu betätigen und
zu schließen.
Insbesondere umfassen die Rückschlagventilmittel 24 ein
Ventilelement, das zum Schließen
des Pumpeneinlasses positioniert und vorbelastet ist, wenn der Anker
in der Ruheposition ist, und das das Öffnen des Einlasses zulässt, nachdem der
Anker die dem Vorwärtspumphub
zugeordnete Bewegung begonnen hat. In der Ausführungsform aus 1 befinden
sich die Rückschlagventilmittel 24 in
der Fluidaufnahmekammer 14 zwischen dem Einlass 18 und
der Ankerkolben-Stirnfläche 256.
Die Rückschlagventilmittel 24 enthalten
einen Körper oder
Sitz 260 in Form einer Scheibe mit einer Oberfläche, die
der Kante des Ventilgebildes 110 zugewandt ist und die
so beschaffen ist, dass sie dichtend mit ihr in Kontakt ist, ein
Stützelement
oder eine Stützplatte 262,
das/die mit der Scheibe 260 in Kontakt ist, ein Abstandsstück 264,
das mit der Ankerstirnfläche 256 in
Kontakt ist, und eine Vorbelastungsfeder 266 in Form einer
konischen Feder zwischen dem Stützelement 262 und
dem Abstandsstück 264.
Der Ventilsitz 260 ist lose in dem Durchlass positioniert
und ist verhältnismäßig dünn. Im Ergebnis
hat ein durch Temperaturänderungen
oder durch die Anwesenheit verschiedener Flüssigkeiten verursachtes Sitzanschwellen
eine kleinere Wirkung auf das pro Hub zugeführte Flüssigkeitsvolumen. Diese Sitzstruktur
ermöglicht,
den Zwischenraum zwischen dem Sitz 260 und dem Durchlass
im Gehäuseabschnitt 30 zu
verringern. Der kleine Zwischenraum und der dünnere Sitz 260 tragen
zusammen erheblich zur Verringerung des Volumens der Fluidaufnahmekammer 14 mit
dem Anker 200 in der Ruheposition bei. Das Stützelement 262 schafft
zu allen Zeiten und wenn der Anker 200 in Ruhe ist eine Lagerfläche für die Feder 266.
Wenn der Anker 200 in der Ruheposition ist, ist die Vorbelastungsfeder
wie in 1 gezeigt zu einer näherungsweise flachen Konfiguration
zusammengedrückt.
Die Anordnung und die Struktur der Rückschlagventilmittel 24 und die
Einrichtung der konischen Feder 266 minimieren das Innenvolumen
der Pumpe und beschränken
dadurch die Maximalgröße einer
Blase, die darin enthalten sein kann.
-
Ferner
umfasst die Pumpe der vorliegenden Erfindung einen Umgehungsdurchlass
in dem Pumpenkörper
zwischen der Pumpenkammer 16 und der Fluidaufnahmekammer 14,
um einen Weg für
Blasen und Fluid um den Ankerkolben bereitzustellen, der eng beweglich
in den Pumpenkörper
eingepasst ist, und Rückschlagventilmittel
in dem Umgehungsdurchlass, die sich während des Rückwärtshubs des Ankers 200 öffnen. Die
Notwendigkeit für
den Umgehungsweg entsteht aus dem kleinen Zwischenraum zwischen
dem Kolbenabschnitt 254 und dem Durchlass im Gehäuse 30,
der eine potentiell hohe Druckdifferenz erfordert, um Blasen hindurch
zu drängen, und
aus der Möglichkeit,
dass eine Blase zwischen dem Kolbenabschnitt 254 und dem
Durchlass eingeschlossen wird und die Rückkehr des Ankers 200 verhindert.
Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt 30 mit
einer in Längsrichtung
verlaufenden Bohrung oder mit einem in Längsrichtung verlaufenden Durchlass 270 versehen,
die/der radial von dem mittigen inneren Durchlass versetzt ist und
von einer Stirnfläche 272 über eine
Strecke über
die Mitte des Körpers 30 hinaus
axial nach innen verläuft.
Eine radial verlaufende Bohrung oder ein radial verlaufender Durchlass 274 versetzt
den Durchlass 270 im Wesentlichen in der Mitte zwischen
den axialen Enden des Gehäuseabschnitts 30 in
Verbindung mit dem mittigen Innendurchlass. In Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung besitzt der Durchlass 274 einen verhältnismäßig kleinen
Durchmesser, um als ein Umgehungsöffnungsmittel zu wirken, um
die Strömung
am Ende des Pumphubs schnell zu verzögern und um dadurch das träge Strömungsvolumen
in einer zu beschreibenden Weise zu verringern. Bei der Verbindung
der Durchlässe 270 und 274 ist
eine ringförmige Ventilsitzoberfläche 276 vorgesehen,
die im Körper 30 gebildet
ist. Normalerweise blockiert ein allgemein mit 280 bezeichnetes
Rückschlagventil
die Verbindung zwischen den Durchlässen 270 und 274.
Das Rückschlagventil 280 enthält einen
scheibenförmigen
Körper
oder Sitz 282 mit einer Oberfläche, die mit der ringförmigen Ventilsitzoberfläche 276 in
Kontakt steht, und zwischen dem Ventilkörper 282 und einem
in den Körper 30 eingepassten
Stopfen 286 eine konische Vorbelastungsfeder 284.
-
Das
Umgehungsrückschlagventil 280 schafft für Blasen
einen anderen Weg an dem Ankerkolbenabschnitt 250 vorbei.
Es ist so entworfen, dass es bei einem Druckgefälle, das deutlich unter dem
durch die Ankerrückholfeder 244 erzeugten
Druck liegt, öffnet. Vorzugsweise
ist der Öffnungsdruck
für das
Rückschlagventil 280 ebenfalls
niedriger als der Blasenpunkt des Spalts zwischen dem Kolbenabschnitt 254 und
dem Durchlass. Die Einrichtung des Umgehungsrückschlagventils 280 veranlasst
einen schnellen Rückwärtshub des
Ankers 200, da die Ankerrückkehr nicht mehr durch die
Rate des Fluidlecks zwischen dem Ankerkolben 250 und dem
Durchlass beschränkt
ist. Stattdessen bewegt sich der Hauptteil des Fluids zusammen mit
irgendwelchen in dem Fluid enthaltenen Blasen von der Pumpkammer 16 entlang
des Durchlasses 270 durch das Rückschlagventil 280 und
durch den Durchlass 274 in die Kammer 14.
-
Die
Einrichtung des Umgehungsrückschlagventils 280 als
ein alternativer Blasenweg bietet zwei Hauptvorteile. Zunächst verringert
sie die Abhängigkeit
des Pumpverhaltens bei vorhandenen Blasen von der Fluidoberflächenspannung,
von den Oberflächeneigenschaften
des Ankerkolbens 250 und des Innendurchlasses des Gehäuseabschnitts 30 sowie von
dem Zwischenraum zwischen dem Kolben 250 und dem Durchlass.
Zweitens, und vielleicht wichtiger, erhält sie die Kontinuität der Flüssigkeitsschicht zwischen
dem Kolben 250 und dem Durchlass des Körpers 30 während des
Blasendurchgangs, wobei diese Flüssigkeitsschicht
im Betrieb der Pumpe eine wichtige Rolle spielt.
-
In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird ein allgemein mit 290 bezeichnetes
Mittel geschaffen, um in dem Weg der Fluidströmung vom Pumpenauslass 20 eine Öffnung bereitzustellen,
um die Wirkung des Impulses der Fluidströmung durch die Pumpe 10 auf
das Volumen des während jedes
Pumpzyklus abgegebenen Fluids zu verringern. Dies wird bald ausführlicher
beschrieben. In der Pumpe der vorliegenden Veranschaulichung schafft das
Auslassrohr oder die Auslassarmatur 86, das/die vom Auslass 20 ausgeht,
einen Weg für
die Fluidströmung
von der Pumpe 10 und umfasst eine verhältnismäßig starre Rohrleitung. Ein
Ende der Rohrleitung 86 ist mit dem Pumpenauslass 20 verbunden,
während
sich das Mittel 290, das die Öffnung schafft, angrenzend
an das andere Ende der Rohrleitung 86 befindet. Insbesondere
ist ein Teilstück
der relativ starren Auslassrohrleitung 292 mit einem Ende 294 versehen,
das eng an das Ende der Armatur 86 angepasst oder auf andere
Weise richtig daran befestigt ist. Die Rohrleitung 292 kann
irgendeine geforderte Länge
haben, wobei sich das andere Ende bei einem Verwendungspunkt für das Fluid
befindet, das gepumpt wird. Innerhalb des Rohrleitungsendes 294 gibt
es einen Innenabschnitt 298 mit einem Durchmesser, der
im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser
der Armatur 286 ist. Der Abschnitt 298 verläuft eine
verhältnismäßig kurze
Strecke axial nach innen, wo er auf einen radial nach innen verlaufenden
Wandabschnitt 300 trifft, der mit einer mittigen Bohrung
oder mit einem mittigen Durchlass 302 mit kleinem Durchmesser
versehen ist, der die oben erwähnte Öffnung bereitstellt.
Der Wandabschnitt 300 enthält sich nach innen verjüngende Oberflächen, so dass
der Durchlass 302 eine verhältnismäßig kurze axiale Länge besitzt.
Der Rest des axialen Teilstücks der
Rohrleitung 292 hat einen Innenabschnitt 304 mit konstantem
Durchmesser, der in der vorliegenden Veranschaulichung ein kleinerer
Durchmesser als der des Abschnitts 298 ist.
-
Im
Betrieb ist der Einlass 18 mit einer Quelle oder Zufuhr
von zu pumpendem Fluid verbunden und ist der Auslass 20 über die
Rohrleitung 292 mit einem Verwendungspunkt oder -ort für das gepumpte
Fluid verbunden. Der Anker 200 wird in Reaktion auf die elektrische
Erregung des Elektromagneten 130 durch einen Vorwärtspumphub
bewegt. Eine Möglichkeit,
den Magneten 130 zu erregen, ist das Laden eines Kondensators
von einer Batterie und daraufhin das Entladen dieses Kondensators über die
Spule 134. Natürlich
können
für die
elektrische Erregung der Spule 134 auf bekannte Weise andere
Prozeduren genutzt werden. Vor der elektrischen Erregung des Magneten 130 ist
der Anker 200 in der in 1 veranschaulichten
Ruheposition, wo das Rückschlagventil 240 so
angeordnet ist, dass die Oberfläche
des Körpers 260 gegen
die Kante des Ventilgebildes 110 sitzt, die die Öffnung des
Einlassarmaturendurchlasses umgibt, um eine Fluidverbindung vom
Einlass 18 zu der Fluidaufnahmekammer 14 zu blockieren.
In der Ruheposition des Ankers 200 ist der Polabschnitt 202,
wie in 1 gezeigt ist, von der Membran 160 beabstandet,
wodurch der Spalt in dem Magnetkreis definiert ist. In der Ruheposition
hat dieser Spalt zwischen dem Polabschnitt 202 und der Membran 160 die
maximale Länge.
-
Wenn
die Spule 134 elektrisch erregt wird, wird der Ankerpolabschnitt 202 zum
Magneten 130 angezogen, was veranlasst, dass der Anker 200 zur Membran 160 gezogen
wird. Der elektromagnetische Fluss läuft durch den Magnetkreis,
der den Elektromagnetkern 132, die Dichtungsscheibe 140,
das Magnetgehäuse 136,
den eingeschlossenen Abschnitt des Umfangs der Membran 160 zwischen
der Stirnfläche
des Gehäuses 136 und
der Kappe 208, den Ankerpolkörper 206 und den Spalt
zwischen der Ankerpolschuhfläche
und der Membran 160 enthält. Während der Anker 200 in
dem Vorwärtspumphub,
d. h. wie in 1 gesehen in einer Richtung
nach links, bewegt wird, bewegt sich der Ankerpolabschnitt 202 weiter
zur Membran 160 und verringert dadurch den Spalt in dem
Magnetkreis. Während
des Vorwärtspumphubs
des Ankers 200 ist die Strömung durch die Durchlässe 92 und 90 näherungsweise
gleich der Differenz zwischen den Querschnittsflächen des Kolbens 250 und
des Metallrings 232, multipliziert mit der Hublänge, was
etwa die Hälfte
der Pumpenverdrängung
ist. Die verbleibende Hälfte
der Verdrängung
geht während
des Rückwärtshubs
der Pumpe durch die Durchlässe 92 und 90.
Während
des Vorwärtspumphubs
wird die von der Kammer 16 in den Auslass 20 gehende
Strömung
teilweise durch die Strömung
durch die Durchlässe 92 und 90 und
teilweise durch die Verlagerung des Metallrings 232, während er
weiter in die Kammer 16 verläuft, angetrieben. Somit wird
das Fluid durch die Durchlässe 80, 82 und 84 durch
den Auslass 20 herausgedrängt.
-
Das
Rückschlagventil 24 bewegt
sich frei in Bezug auf den Anker 200 und bewegt sich nicht
notwendig, wenn der Anker 200 zu der Membran 160 gezogen
wird. In Ruhe wird die Oberfläche
des Rückschlagventilkörpers 260 mit
der Kante des Ventilgebildes 110 durch die auf den Anker 200 wirkende
Feder 244 in Kontakt gehalten, die daraufhin mit dem Rückschlagventilkörper 260 und
mit der zusammengedrückten
Feder 266 in Kontakt gehalten wird. Wenn der Anker 200 zu
der Membran 160 gezogen wird, wird die Kraft der Feder 244 nicht
mehr auf das Rückschlagventil 24 übertragen
und wird die Kraft, die die Oberfläche des Rückschlagventilkörpers 260 gegen
das Ventilgebilde 110 hält,
auf diejenige verringert, die durch die Feder 266 geliefert
wird, die allgemein eine kleinere Kraft liefert als die, die durch
die Feder 244 geliefert wird. Falls der Anker 200 mit
ausreichender Geschwindigkeit zum Elektromagneten 130 gezogen
wird, verringert sich der Druck innerhalb des Pumpengehäuses 12 zwischen
der Stirnfläche des
Kolbens 250 und dem Rückschlagventilkörper 260 auf
einen Pegel unter dem Pegel an dem Pumpeneinlass 18, wobei
die Gesamtkraft wegen des Fluiddrucks vom Einlass 18, die
auf das Rückschlagventil 24 wirkt,
dazu neigt, die Oberfläche
des Rückschlagventilkörpers 260 vom
Kontakt mit dem Ende der Einlassarmatur wegzubewegen. Falls die
Gesamtkraft wegen des Fluiddrucks die durch die Feder 266 gelieferte übersteigt,
bewegt sich das Rückschlagventil 24 von
der Einlassarmatur weg, wobei das Fluid in den Pumpenkörper strömt. Da das
Fluid nahezu inkompressibel ist, öffnet das Rückschlagventil 24 tatsächlich näherungsweise
zur gleichen Zeit, zu der der Anker 200 eine ausreichende
Geschwindigkeit erreicht, um das Fluid aus dem Pumpenauslass 20 zu
drängen.
Wenn sich die Ankerpolschuhfläche
dem Kontakt mit der Membran 160 annähert, wird der Vorwärtspumphub
des Ankers 200 abgeschlossen. Wenn sich die Ankergeschwindigkeit auf
einen solchen Pegel verringert, dass die Verlagerungsrate der Bewegung
des Polabschnitts 202 nicht mehr die Leckrate zwischen
der äußeren Oberfläche des
Ankerkolbenabschnitts 250 und dem mittigen Innendurchlass
des Gehäuseabschnitts 30 übersteigt, beginnt
der Druck in dem Pumpgehäuse 12e zuzunehmen.
Wenn die Kraft wegen der Druckdifferenz über das Rückschlagventil 24 die
Kraft der Feder 266 nicht mehr übersteigt, bewegt sich das
Rückschlagventilelement 260 zu
dem Ventilgebilde 110 und verhindert das Strömen aus
dem Einlassanschluss 18 der Pumpe.
-
Wenn
die elektrische Erregung der Spule 134 beendet wird, wird
der Anker 200 durch die Kraft der Vorbelastungsfeder 244 in
der entgegengesetzten Richtung, d. h. wie in 1 gesehen
nach rechts, bewegt, bis der Anker die wie in 1 gezeigte
Ruheposition erreicht. Während
des Rückwärtshubs
ist das Umgehungsrückschlagventil 280 geöffnet, mit dem
Ergebnis, dass die Rückwärtsbewegung
des Ankers 200 wie zuvor beschrieben verhältnismäßig schnell
ist. Während
des Rückwärtshubs
des Ankers 200 wird das Rückschlagventil 24 hauptsächlich durch
die Kraft der Feder 266, ergänzt durch die Differenz zwischen
dem Auslass- und dem Einlassdruck, die auf den Rückschlagventilsitz wirkt, gegen das
Ventilgebilde 110 gehalten. Wenn der Rückwärtshub abgeschlossen ist, ist
die Federkraft auf die der Feder 244 erhöht worden.
Die durchschnittliche Pumprate ist durch die Geschwindigkeit der
Rückkehr
des Ankers 200 in die Ruheposition bestimmt. Somit erhöht die verhältnismäßig schnelle
Rückkehr des
Ankers 200, die durch das Umgehungsrückschlagventil 280 geschaffen
wird, die maximal verfügbare
Pumprate. Der Anker 200 verbleibt in der Ruheposition aus 1,
wobei der Einlass 18 geschlossen ist und auf den nächsten Vorwärtspumphub
wartet, der stattfindet, wenn der Magnet 130 erneut erregt
wird.
-
Die
Oberfläche
der Sperre 160, die dem Anker 200 zugewandt ist,
ist mit einer leicht konischen Form versehen, wobei der Scheitel
oder die Spitze 310 des Kegels zum Anker 200 zeigt
oder ihm zugewandt ist. Der so definierte Kegel ist sehr stumpf
und nahezu flach, wobei der relativ zur Längsachse der Pumpe 10 gemessene
Kegelwinkel näherungsweise 89° beträgt. Die
Neigung dieser konischen Oberfläche
der Sperre 160 reicht im Vergleich zu einer vollständig flachen
oder planaren Oberfläche
der Sperre 160 aus, um das Verhalten des Ankers 200 während seines
Rückwärtshubs
zu ändern.
Insbesondere wird angenommen, dass die konische Oberfläche der Sperre 160 die Druckdifferenz
an der Ankerpolschuhfläche
verringert, die auftreten kann, falls eine Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche die
Ankerpolschuhflächen-Oberfläche in Kontakt
mit der Sperrenplatte 160 einschließen sollte. Ansonsten könnte eine
solche Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche an der
Ankerpolschuhfläche
eine Druckdifferenz unterstützen,
die ausreicht, um die Kraft der Ankerrückholfeder zu überwinden,
wodurch der Rückwärtshub des
Ankers 200 verlangsamt oder gestört wird. Somit dient die konische
Oberfläche
der Sperre 160 dazu, die Kraft zu verringern, die die Ankerpolschuhfläche unter
bestimmten Umständen
in Anwesenheit einer Flüssigkeits-Gas-Grenzfläche in der
Nähe der
Sperre 160 halten kann. Außerdem dient die konische Oberfläche der
Sperre 160 dazu, die Zeit zu verringern, die die Ankerpolschuhfläche benötigt, um
sich zu Beginn des Tauchkolben-Rückwärtshubs
von der Sperre 160 zu trennen. Dies ist ein Effekt der
viskosen Strömung, der
selbst dann auftritt, wenn keine Flüssigkeits-Gas-Grenzfläche vorhanden
ist.
-
Die
Langzeitabdichtung wird durch die verhältnismäßig stärkere Feder 244 geschaffen,
während
die Kurzzeitabdichtung, während
die Armatur 200 voran ist, durch die verhältnismäßig schwächere Feder 266 geschaffen
wird. Im Ergebnis kann es eine zufrieden stellende Abdichtung gegen
die Rückwärtsströmung geben,
wenn die Pumpe nicht in Betrieb ist, während der Druckabfall über das
Rückschlagventil 24 während des
Pumpenhubs klein ist.
-
Der
verhältnismäßig kleinere
Durchmesser des Ankerkolbens 250 im Vergleich zum Polabschnitt 202 ermöglicht,
dass er gegen höhere
Gegendrücke pumpt,
ohne den vorhandenen Magnetkreis zu sättigen. Ein zusätzlicher
Vorteil dieser Konfiguration ist, dass der kleinere Durchmesser
des Kolbens 250 für ein
gegebenes Hubvolumen zulässt,
dass der lineare Hub länger
ist. Da die Wirkung des Sitzanschwellens oder Hubvolumens kleiner
ist, neigt dies dazu, die Stabilität des Hubvolumens zu verbessern.
Ein weiterer Vorteil besteht aus der Tatsache, dass das Volumen
der Pumpenkammer 14 mit dem Anker 200 in der Ruheposition
für die
kleinere Kombination des Kolbens 250 und des Durchlasses
im Gehäuseabschnitt 30 kleiner
ist.
-
Der
Abschnitt 252 mit kleinerem Durchmesser des Kolbens 250 schafft
eine Abschnürung
des Kolbens an seinem Auslassende, um die Tendenz einer Blase, in
den Zwischenraum zwischen dem Ankerkolben 250 und dem Durchlass
im Gehäuseabschnitt 30 zurückgezogen
zu werden, zu verringern. Wie zuvor erwähnt wurde, ist die Kontinuität der Flüssigkeitsschicht
in diesem Zwischenraum wichtig für den
Betrieb der Pumpe 10. Die Schicht hält den geforderten Druckabfall
auf den gegenüberliegenden Seiten
des Kolbens 250 während
des Pumphubs aufrecht, während
eine Gasblase in diesem Zwischenraum ein Leck erzeugen könnte, das
dadurch dazu neigt, den Druck auf den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 250 auszugleichen.
Der abgeschnürte Abschnitt 252 des
Kolbens 250 schafft eine Route, über die sich Flüssigkeit
um eine Blase in dem Raum zwischen dem Abschnitt 252 und
dem Durchlass im Gehäuseabschnitt 30 bewegen
kann und dadurch in den Spalt und entlang des Spalts zwischen dem
Kolbenabschnitt 254 und dem Durchlass im Gehäuseabschnitt 30 bewegen
kann. Somit hat die Pumpe 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
die Fähigkeit,
mit Blasen in der Einlassströmung
zu arbeiten.
-
Allerdings
können
die vorstehenden Einrichtungen zur Verbesserung der Blasenpumpfähigkeit der
Pumpe 10 zu etwas führen,
das als die Trägheitswirkung
bezeichnet werden kann. Wenn der Pumpenanker 200 das Ende
seines Hubs erreicht, kann der Impuls der Fluidströmung veranlassen,
dass die Strömung
durch die Pumpe 10 für
kurze Zeit fortgesetzt wird. Somit kann die Volumenströmung durch die
Pumpe 10 während
eines einzigen Hubs größer als
die Verdrängung
des Ankerkolbenabschnitts sein. Falls die Pumpe 10 gegen
eine große Überdruckdifferenz
pumpt, verzögert
sie am Ende eines Hubs der Strömung
schneller, als wenn die Druckdifferenz klein oder negativ ist. Somit
nimmt das pro Hub gepumpte Volumen zu, während der Gegendruck abnimmt.
Dagegen wäre
die gewünschte
Pumpcharakteristik, dass die Pumpe 10 unabhängig von
dem Abgabedruck ein konstantes Volumen pro Hub abgibt.
-
In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, dass es
möglich
ist, das träge
Strömungsvolumen
in der Pumpe 10 zu verringern, indem in dem Strömungsweg Öffnungen mit
kleinem Durchmesser vorgesehen sind, die die Strömung am Ende des Pumphubs schnell
verzögern.
Es ist bestimmt worden, dass zwei Öffnungsorte, die Öffnung 274 in
dem Umgehungsschenkel der Strömung
durch die Pumpe 10 und die Öffnung 302 am Auslassende
der starren Rohrleitung 292 auf der Auslassseite der Pumpe 10,
geeignet sind.
-
Der
Umgehungsöffnungsort
hat den Vorteil, dass die Öffnung 274 die
Strömung
während
des Pumphubs nicht beeinflusst. Insbesondere ist das Umgehungsrückschlagventil 280 während des
Vorwärtspumphubs
geschlossen, wobei es keine Strömung
durch die Umgehungsöffnung 274 gibt,
bis der Pumphub abgeschlossen ist. Unmittelbar nach dem Ende des
Vorwärtspumphubs
wird die nun durch den Impuls der Fluidströmung angetriebene Strömung hauptsächlich durch
die Umgehungsöffnung 274 abgeleitet.
Ein kleiner Teil der Strömung
geht durch den kleinen Zwischenraum zwischen dem Ankerkolben 250 und
dem Gehäuseabschnitt 30.
Daraufhin vereinigt sich der Druckabfall der Strömung durch die Öffnung 274 mit
dem Druckabfall über
den Rest des Systems, um die Strömung
zu verzögern
und das träge
Strömungsvolumen
zu begrenzen. Während
des Tauchkolben-Rückwärtshubs
geht ein Strömungsvolumen,
das näherungsweise
gleich dem durch den Kolbenhub verdrängten Volumen ist, durch die
Umgehungsöffnung 274 und
durch das Rückschlagventil 280.
Da der Tauchkolben-Rückwärtshub nicht
besonders schnell zu sein braucht, ist der Druckabfall über die
Umgehungsöffnung 274 während des
Tauchkolben-Rückwärtshubs
aber nicht wichtig.
-
Somit
ist der Ort der Öffnung 274 in
dem Umgehungskreislauf in Bezug auf den Pumpenbetrieb bei Normalbedingungen
vorteilhaft. Er ändert
in keiner Weise die Strömung
während
des tatsächlichen Pumphubs,
da das Umgehungsrückschlagventil 280 zu
dieser Zeit geschlossen ist. Dementsprechend ist die Einrichtung
der Öffnung 274 ein
wirksames Mittel, um das träge
Strömungsvolumen
zu verringern. Die Öffnung 274 befindet
sich zwischen der Pumpenkammer und dem Umgehungsrückschlagventil 280. Da
die träge
Strömung
empfindlich für
die Druckzunahme über
die Pumpe 10 ist, ist zu erwarten, dass die Verringerung
des trägen
Strömungsvolumens
die Empfindlichkeit des gesamten Pumpenimpulsvolumens für den Gegendruck
verringert. In einer veranschaulichenden Pumpe mit einem normalen
Impulsvolumen im Bereich von etwa 0,4 μl bis etwa 0,6 μl ist beispielhaft
festgestellt worden, dass die Bereitstellung der Öffnung 274 mit
einem Durchmesser von etwa 0,005 Zoll zufrieden stellende Ergebnisse
erzeugt.
-
Der
auslassseitige Öffnungsort
hat die Wirkung, dass die Hauptströmung während des tatsächlichen
Pumpenhubs durch die Öffnung 302 gehen muss.
Somit gibt es in der Strömung
während
des tatsächlichen
Pumpenhubs einen wesentlichen Druckabfall, der die Zeitdauer des
tatsächlichen
Pumpenhubs verlängern
und die erforderliche Energie des elektrischen Ansteuerimpulses
erhöhen
kann. Im Ergebnis der verlängerten
Hubzeit und der möglicherweise
erhöhten
Druckdifferenz über
den Ankerkolben 250 kann das Strömungsleck um den Kolben 250 zunehmen,
wodurch die Neigung besteht, die Pumpengenauigkeit zu verringern.
Obgleich die potentiellen Probleme des Strömungslecks und der Energiezunahme
vorhanden sind, ist allerdings gemäß der vorliegenden Erfindung
bestimmt worden, dass die auslassseitige Öffnung 302 mit der
richtigen Größe die Genauigkeit
einer Pumpenrohrleitungskombination erhöhen kann, ohne eine erhebliche
Leistungseinbuße
aufzuerlegen. In diesem Zusammenhang ist gemäß der vorliegenden Erfindung
ebenfalls bestimmt worden, dass die auslassseitige Öffnung 302 besonders
wirksam bei der Steuerung der Trägheitswirkung
ist, die der starren oder nicht nachgiebigen Verrohrung in dem Strömungsweg
von dem Auslass der Pumpe 10 zugeordnet ist. Die auslassseitige Öffnung 302 stellt
sicher, dass die Fluiddrücke
innerhalb der Pumpe 10 während der Verzögerung positiv
bleiben, und die Öffnung 302 schafft
einen Mechanismus, um die Fluidströmung schnell zu verzögern und
dadurch ihren Impuls zu verringern. Somit ist in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung bestimmt worden, dass die Öffnung 302,
die am Auslassende irgendeiner harten, d. h. nicht nachgiebigen
Rohrleitung installiert ist, die direkt am Pumpenauslass 20 befestigt
sein muss, eine wirksame Lösung
für das Problem
der Strömungsungenauigkeit
wegen Trägheitswirkungen
bietet. In einer veranschaulichenden Pumpe mit einem normalen Impulsvolumen
im Bereich von etwa 0,4 μl
bis etwa 0,6 μl
ist beispielhaft festgestellt worden, dass die Bereitstellung der Öffnung 302 mit
einem Durchmesser von etwa 0,005 Zoll zufrieden stellende Ergebnisse
liefert.
-
Da
der Ankerpolkörper 206 innerhalb
der Kappe 208 und der Scheibe 214 aus einem Material, das
mit dem Fluid, das gepumpt wird, kompatibel und diesem gegenüber korrosionsbeständig ist,
vollständig
eingeschlossen ist, kann das magnetische Material für den Körper 206 ohne
Bedenken wegen der Korrosionsbeständigkeit gewählt werden.
Es ist festgestellt worden, dass eine Nickel-Eisen-Legierung 4750
für den
Körper 206 zufrieden
stellende Ergebnisse liefert.
-
Dementsprechend
besitzt die Pumpe 10 die Vorteile, dass sie bei äußerst niedrigen
Leistungspegeln arbeitet, dass sie mit Medikamenten und ähnlichen
Flüssigkeiten,
die zu pumpen sind, kompatibel ist, dass sie elektrisch und magnetisch
effizient ist, dass sie eine kleine Größe hat, dass sie ein niedriges Gewicht
hat und zuverlässig
im Betrieb ist, dass sie die Fähigkeit
besitzt, mit Blasen in der Eingangsflüssigkeitsströmung zu
arbeiten, und dass sie die Fluidträgheitswirkung auf die Pumpgenauigkeit
verringern.
-
Das
nicht bewegliche Diagramm 160 aus Titan oder einem ähnlichen
Material schafft eine hermetische Abdichtung zwischen dem Fluid
im Gehäuse 12 und
den elektrischen Komponenten, die dem Elektromagneten 130 zugeordnet
sind. Dass der Anker 200 in das Fluid untergetaucht ist,
macht den Betrieb der Pumpe nahezu unabhängig vom Umgebungsdruck. Die
Anfangsbedingung der Pumpe 10, wenn der Anker 200 in
der Ruheposition aus 1 ist, ist, dass das Fluid auf
den gegenüberliegenden Seiten
des Ankerpolabschnitts 202, d. h. in den zwei Kammern 14 und 16,
im Wesentlichen auf dem gleichen Druck ist.
-
Die
Pumpe 10 der vorliegenden Erfindung ist elektrisch und
magnetisch effizient hergestellt, indem der Gesamtspalt in dem Magnetkreis
minimiert ist, indem die Magnetpolschuhfläche des Ankerpolabschnitts 202 einen
verhältnismäßig großen Oberflächeninhalt
hat und indem der Kern 132 eine verhältnismäßig kleine Querschnittsfläche hat.
Insbesondere gibt es eine verhältnismäßig starke
Kontaktfläche an
der Grenzfläche
zwischen der axialen Stirnfläche des
Magnetgehäuses 136 und
der Membran 160, um den durch die Membran 160 an
diesem Punkt in den Magnetkreis eingeführten effektiven Luftspalt
zu minimieren. Mit anderen Worten, die Membran 160 ist in
Bezug auf die oben erwähnte
Kontaktfläche
verhältnismäßig dünn. In Verbindung
damit besteht die Notwendigkeit, die Membran 160 mit den
Ringen 70 und 162 zu verschweißen, um eine hermetische Abdichtung
zwischen dem Elektromagneten 130 und dem Bereich des Gehäuses 12,
der Fluid enthält,
zu erreichen, während
der Magnetkreis gleichzeitig nicht nachteilig beeinflusst werden
soll. Der verhältnismäßig kleine
Durchmesser des Kerns 132 schafft die notwendige Anzahl
von Ampere-Windungen mit einem minimalen elektrischen Widerstand.
Die große Fläche der
Polschuhfläche
des scheibenförmigen Ankerpolabschnitts 202 schafft
mit einer minimalen Anzahl von Ampere-Windungen eine hohe Magnetkraft.
Dass der Magnetspalt außerhalb
der Spule 134, d. h. zwischen der Ankerpolschuhfläche und
der Membran 160, liegt, ermöglicht, die vorstehenden Merkmale
gleichzeitig zu erreichen.
-
Die 2 und 3 zeigen
eine Pumpe 330 gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Komponenten der Pumpe 330,
die ähnlich
jenen der Pumpe 10 sind, sind durch das gleiche Bezugszeichen
mit einer Strich-Bezeichnung identifiziert. Ein Hauptunterschied
zwischen den zwei Ausführungsformen
ist, dass der Anker 332 in der Pumpe 330 eine
einfache Struktur hat und verhältnismäßig leichter
herzustellen und zu montieren ist. Insbesondere besitzt der Anker 332 einen
Polabschnitt 334, der einen festen, monolithischen Körper von
der Gestalt oder Form einer Scheibe aufweist. Die seitliche Abmessung
des Polabschnitts 334 ist einige Male größer als
seine longitudinale Abmessung. Der Polabschnitt 334 besitzt
eine erste axiale Stirnfläche 338,
die den Sperrenmitteln 160' zugewandt
sind, und eine zweite, gegenüberliegende
axiale Stirnfläche 340,
die dem Einlassanschluss 18' zugewandt
ist. Somit sind die Stirnflächen 338, 340 im
Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers 332 angeordnet.
-
Der
Polabschnitt 334 besteht ausschließlich aus einem Magnetmaterial,
vorzugsweise aus einer Chrom-Molybdän-Eisen-Legierung, die wärmebehandelt
worden ist. Beispiele sind die Chrom-Molybdän-Eisen-Legierungen 29-4 und
29-4C. Wenn diese Legierung wärmebehandelt
worden ist, hat sie eine hohe Korrosionsbeständigkeit und angemessene magnetische
Charakteristiken zur Verwendung in der Pumpe 330. Mit anderen
Worten, die Legierung wird wärmebehandelt,
um für
die Legierung eine BH-Charakteristik zu schaffen, die den erforderlichen
Pegel der Magnetflussdichte und der Koerzitivkraft liefert. Darüber hinaus
ist die Legierung ausreichend beständig gegen korrodierende Wirkungen
von Insulin, das zur Verwendung in implantierbaren Arzneimittelabgabesystemen
stabilisiert worden ist, sowie gegenüber anderen korrodierenden
Arzneimitteln.
-
Insbesondere
ist die oben erwähnte Chrom-Molybdän-Eisen-Legierung
eine ferritische Legierung von rostfreiem Stahl, die 29% Chrom,
4% Molybdän
und den Rest im Wesentlichen Eisen enthält. Die oben erwähnte Wärmebehandlung
umfasst ein Glühen
und ein schnelles Abkühlen
des Ankerpolabschnitts 334. Insbesondere umfasst die Prozedur ein
kurzes magnetisches Glühen
auf eine Temperatur oberhalb jener Temperatur, die in der Legierung eine
schädliche
zweite Phase bilden kann, gefolgt von einem Abkühlen, das schnell genug ist,
um die Bildung der zweiten Phase zu verhindern, jedoch nicht so
schnell ist, dass sich die magnetischen Eigenschaften verschlechtern.
Das Erwärmen
der Ankerpolabschnitte 334 der Legierung 29-4 wird z. B. etwa
zwanzig Minuten in einem Zweischalen-Ofen bei einer Temperatur von
etwa 1010°C
ausgeführt, woraufhin
die Teile 334 in einer Weise, die das vollständige Abkühlen für wenigstens
25 Minuten ermöglicht,
schnell an die Umgebung entnommen werden. Die Abkühlrate während des
ersten Abschnitts des Abkühlzyklus
von 1010°C
zurück
auf schwarz, d. h. zurück
auf 600°C,
sollte etwa 60 Sekunden aufrechterhalten werden.
-
Der
Ankerkörperabschnitt
oder Ankerpolabschnitt 334 ist mit wenigstens einem Durchlassmittel dadurch
versehen, wobei in der gezeigten Pumpe zwei axial verlaufende Durchgangsbohrungen
oder Durchlässe 342, 344 gezeigt
sind. Die Durchlässe 342, 344 verlaufen
zwischen den axialen Stirnflächen 338, 340 durch
die gesamte axiale Länge
des Ankerkörpers 334.
Die Durchlassmittel 343, 344 dienen dazu, die
Zeit zu verringern, die der Ankerpolabschnitt 334 braucht,
um sich während
der Bewegung des Ankers 332 zum Anschluss 18' von den Sperrenmitteln 160' zu trennen,
sowie dazu, Oberflächenspannungseffekte
zwischen den Sperrenmitteln 160 und dem Polabschnitt 334 zu
verringern. Der durch die Durchlassmittel 342, 344 definierte
Weg für
die Fluidströmung
schafft die vorstehenden Ergebnisse, wenn die Erregung des Elektromagneten 130' abgeschlossen
wird und die Kraft der Feder 244' den Ankerpolabschnitt 334 von
den Sperrenmitteln 160' wegzubewegen
beginnt. Außerdem
ist die Sperre 160' mit
einem mittigen konischen Gebilde versehen, das gleich dem der Sperre 160 in
der Ausführungsform aus 1 ist
und auf gleiche Weise für
den gleichen Zweck funktioniert.
-
Somit
trägt der
einteilige Polabschnitt 334 des Ankers 332 zu
der Einfachheit der Struktur und zu der Leichtigkeit der Herstellung
und Montage bei. Diese Vorteile ergeben sich ebenfalls aus der Einrichtung
eines Ankerschaftabschnitts 350, der einfach an einem Ende
an dem Polabschnitt 334 befestigt ist. Insbesondere umfasst
der Ankerschaftabschnitt 350 einen stabartigen Körper 352 mit
einer axialen Stirnfläche 354,
die an der axialen Stirnfläche 340 des Polabschnitts 334 anliegt.
Zum einfachen Befestigen des Schaftabschnitts 350 am Polabschnitt 334 wird ein
Niet 356 oder ein ähnliches
Befestigungsmittel genutzt. Der Außendurchmesser des Stabs 352 ist etwas
kleiner als der Innendurchmesser der Federhalteeinrichtung 50'. Der Ankerschaftabschnitt 350 trifft
auf eine ringförmige
Erweiterung 363, die mit dem angrenzenden Abschnitt des
Schafts 350 eine ringförmige
Schulter zur Aufnahme eines Endes der Vorbelastungsfeder 244' definiert.
Der Rest des Ankers umfasst einen Kolbenabschnitt 250', der den ersten
und den zweiten Abschnitt 252' bzw. 254' enthält, wobei der Abschnitt 252' auf die Erweiterung 363 trifft.
Die vorstehende Ankerstruktur vermeidet Probleme, die die Kritikalität der Ausrichtung
während
der Montage der Pumpe 330 betreffen.
-
Die
Pumpe 330 veranschaulicht eine alternative Anordnung für die Schaffung
einer Öffnung
in dem Fluidumgehungsweg. Insbesondere schafft die Öffnung Mittel,
die ein plattenartiges Element 364 umfassen, das eine mittige
Durchgangsbohrung zum Definieren der Umgehungsöffnung umfasst. Anhand der
vergrößerten Ansicht
aus 3 ist das Element 364 in Form einer Scheibe
aus Metall und in einer Kammer 366, die am Ende des Durchlasses 270' gebildet ist,
pressgepasst oder auf andere Weise geeignet befestigt. Das Element 364 ist
so in der Kammer 366 angeordnet, dass es außerdem als
ein Ventilsitz für
das Umgehungsrückschlagventil 280' dient. Allgemein
mittig in dem Element 364 ist eine Umgehungsöffnung 370 mit
kleinem Durchmesser gebohrt oder auf andere Weise vorgesehen, wobei
die Öffnung 370 mit
einer radial verlaufenden Bohrung oder mit einem radial verlaufenden
Durchlass 372, die/der von dem mittigen Durchlass im Gehäuseabschnitt 30' ausmündet, in
Fluidverbindung steht. Die Bereitstellung der Umgehungsöffnung 370 im
Element 364 hat die Vorteile der Leichtigkeit und Genauigkeit
der Bildung der Öffnung 370 zusammen
mit der Fähigkeit zum Ändern der
Größe der Öffnung 370 nach
Entfernung des Elements 364 und dessen Ersetzen durch ein
neues oder nachbearbeitetes Element mit einer Öffnung mit einer anderen Größe.
-
Der
Einlass 18' in
der Pumpe 330 aus 2 und 3 ist
durch eine Anordnung vorgesehen, die eine Einlassarmatur 380 in
axial anliegender Beziehung mit der Stirnfläche des Gehäuseabschnitts 30' enthält und die
eine mittige nabenartige Verlängerung 382 besitzt,
die in einem kreisförmigen
Ventilgebilde 384 endet. Ein Dichtungsring 386,
der in einer Aussparung in der inneren Endoberfläche der Armatur 380 sitzt,
schafft eine Fluidabdichtung zwischen der Armatur 380 und
dem Gehäuseabschnitt 30'. Dies ist besonders
nützlich
während
Tests der Pumpe 330 vor dem Verbinden der Armatur 380 mit
dem Gehäuseabschnitt 30'. Eine mittige
Aussparung in der äußeren Stirnfläche der
Armatur 380 nimmt ein Filterstopfenelement 390 auf,
das mit einer seitlich verlaufenden Bohrung oder mit einem seitlich
verlaufenden Durchlass 292 in Verbindung mit einer in der Wand
der Armatur 380 vorgesehenen Einlassanschlussöffnung 394 versehen
ist. Eine verhältnismäßig kurze
longitudinal verlaufende Bohrung oder ein verhältnismäßig kurzer longitudinal verlaufender Durchlass 396 im
Element 390 bringt den Durchlass 392 und somit
den Einlassanschluss 394 in Fluidverbindung mit dem mittigen
Durchlass im Gehäuseabschnitt 30'. Zwischen der
Armatur 380 und dem Stopfen 390 und in dem Fluidströmungsweg
ist ein scheibenförmiges
Filterelement 400, vorzugsweise von dem Typ aus geätztem Titan,
angeordnet. Somit ermöglicht
die vorstehende Anordnung eine rechtwinklige Verbindung eines Einlassrohrs
mit der Pumpe 330. In der veranschaulichenden Anordnung
aus 2 ist der Pumpenauslass 20' mit einem Ende einer biegsamen
Rohrleitung oder eines Gelenkrohrs 406 verbunden, deren
dessen anderes Ende mit einer allgemein bei 408 dargestellten
Auslassarmatur verbunden ist.
-
Das
wie in 2 gesehen linke Ende der Pumpe 330 ist
durch eine Kappe oder durch ein Verschlusselement 410 aus
Epoxidmaterial verschlossen, in die/das ein Anschlusstab 411 eingebettet
ist, von dem ein Ende mit dem axialen Ende des Kerns 132' in Kontakt
ist und dessen anderes Ende mit einem Elektrokabel 412 verbunden
ist. Die Pumpe 330 arbeitet auf ähnliche Weise wie die in 1 gezeigte Pumpe 10.
-
Der
Katheter, der verwendet wird, um das Arzneimittel in einem implantierbaren
Arzneimittelabgabesystem von der Pumpe zu der Infusionsstelle zu führen, kann
eine verhältnismäßig große Länge und einen
verhältnismäßig kleinen
Durchmesser haben und außerdem
wenig nachgiebig sein. Bei Kathetern mit den kleinstmöglichen
Durchmessern könnte
der Katheter einen so hohen Widerstand gegen die Strömung während des
Pumphubs bieten, dass die Leistung einer Pumpe in einem solchen
System ernsthaft verschlechtert werden könnte. Bei Kathetern mit etwas
größeren Durchmessern
wäre der
stationäre Strömungswiderstand
klein, wobei aber der starre Katheter zu einer sehr großen Fluidträgheitswirkung führen würde. Obgleich
es im Prinzip möglich
wäre, eine Öffnung an
dem Ende des Katheters an der Auslassseite der Pumpe zu installieren,
wäre es
dennoch schwierig, das träge
Volumen auf ein akzeptables Niveau zu verringern, ohne die Pumpleistung
wieder zu verschlechtern. Somit ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung an der Auslassseite der Pumpenauslassöffnung ein kleiner Akkumulator
vorgesehen, der groß genug
ist, um das Impulsvolumen der Pumpe bei einem beträchtlichen
Druckanstieg zu enthalten. Der Katheterdurchmesser kann dann klein genug
sein, um sicherzustellen, dass die Strömung durch die Akkumulator-Katheter-Kombination
kritisch gedämpft
wird und keine Strömungsoszillationen
auftreten, die ansonsten zusätzliche
Strömung
durch die Pumpenrückschlagventile
ziehen könnten.
Es ist erwünscht,
dass der Akkumulator klein genug ist, so dass während des Pumphubs ein erheblicher Druckanstieg
auftritt. Der Gegendruckanstieg dient dazu, ein großes Impulsvolumen
zu verhindern, wenn der Zufuhrdruck den Abgabedruck übersteigt.
-
Eine
solche Anordnung ist in 4 gezeigt, in der die Komponente 420 eine
Pumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung wie etwa die Pumpe 10 aus 1 oder die
Pumpe 330 aus 2 und 3 ist. Ein
Einlassrohr 422 verbindet den Einlassanschluss der Pumpe 420 mit
einer Fluidquelle (nicht gezeigt), wobei der Pfeil 424 die
Fluidströmungsrichtung
in dem System angibt. Wie zuvor beschrieben wurde, verbinden ein
Paar Elektroleitungen 426, 428 die Pumpe 420 mit
einer geeigneten Leistungsquelle (nicht gezeigt). Ferner zeigt die
Anordnung ein Auslassrohr 430, von dem ein Ende mit dem
Auslassanschluss der Pumpe 420 verbunden ist und dessen anderes
Ende mit einem Ende eines Akkumulators 436 verbunden ist.
Das andere Ende des Akkumulators 436 ist mit einem Ende
eines Katheters 440 verbunden, dessen anderes Ende mit
einer Flüssigkeitsinfusionsstelle
(nicht gezeigt) verbunden ist. In der Anordnung aus 4 ist
das Auslassrohr 430 verhältnismäßig starr und besitzt der Akkumulator 436 die
Form eines kleinen nachgiebigen Elements. Der Akkumulator 436 kann
z. B. ein kleines Teilstück
einer Silikongummirohrleitung, d. h. in einer veranschaulichenden
Anordnung mit einer Länge
von 1/2 Zoll und mit einem Innendurchmesser von 1/32 Zoll, umfassen.
Die Pumpe 420 kann eine Auslassöffnung wie die der Pumpe 10,
eine Umgehungsöffnung
wie entweder die der Pumpe 10 oder die der Pumpe 330 oder
sowohl eine Auslassöffnung
als auch eine Umgehungsöffnung
enthalten.
-
In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist bestimmt worden, dass die wie
in 4 gezeigte Katheter-Akkumulator-Kombination die
folgenden Ziele erreichen sollte. Der Akkumulator 436 sollte
nachgiebig genug sein, um bei einer Druckzunahme, die niedrig genug
ist, so dass der Pumpenbetrieb nicht gestört wird, das gesamte Volumen
eines einzigen Pumphubs aufzunehmen. Da der Pumpentauchkolben bereits
teilweise eingezogen ist, bevor sich in dem Akkumulator 436 ein
wesentlicher Gegendruck entwickelt, und da in dieser Position für den Pumpentauchkolben
eine erhöhte
Magnetkraft verfügbar
ist, ist dies keine schwierige Anforderung. Die Nachgiebigkeit des
Akkumulators 436 sollte niedrig genug sein, so dass sich
in dem Akkumulator während
eines Pumphubs ein mäßiger Gegendruck
aufbaut. Dies hat die Wirkung zu ermöglichen, dass die Pumpe 420 bei
Vorwärtsdruckdifferenzen
genauer arbeitet, indem sie einen vorübergehenden Druckanstieg über die
Pumpe liefert, der die träge
Strömung verzögern hilft.
-
Ein
weiteres Ziel ist, dass der Durchmesser des Katheters 440 groß genug
sein sollte, so dass das Volumen eines einzigen Pumphubs in dem
Intervall zwischen den Pumpimpulsen vollständig aus dem Akkumulator 436 entladen
wird. Außerdem
sollten die Abmessungen des Katheters 440 und die Nachgiebigkeit
des Akkumulators 436 derart sein, dass Schwingungen der
Katheter-Akkumulator-Kombination durch die viskose Strömung durch
den Katheter 440 kritisch gedämpft oder überdämpft werden.
-
Um
das Vorstehende zusammenzufassen, sollte der Akkumulator 436 groß genug
sein, um das Volumen eines einzigen Hubs der Pumpe 420 bei
einer Druckzunahme nicht größer als
ein vorgegebener Maximalbetrag aufzunehmen. Der Akkumulator 436 sollte
klein genug sein, so dass der Druck während des Hubs der Pumpe 420 wenigstens
um einen vorgegebenen Minimalbetrag zunimmt. Der Katheter 440 sollte
seinen Inhalt zwischen den Hüben
der Pumpe 420 vollständig
entladen. Wenn die Kombination des Katheters 440 und des
Akkumulators 436 unabhängig
von der Pumpe 420 betrachtet wird, sollte sie kritisch
gedämpft
sein.
-
5 veranschaulicht
eine Pumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung, die im Vergleich zu der Pumpe der 1–3 ein
verringertes Fluidhubvolumen abgibt und die Fähigkeit besitzt, den Betrieb fortzusetzen,
wenn in der Fluidströmung
Blasen vorhanden sind. Im Allgemeinen würde eine Verringerung der Verdrängung einer
Pumpe des in den 1–3 gezeigten
Typs dadurch erreicht, dass entweder die Länge des Tauchkolbenhubs oder
der Kolbendurchmesser verringert wird. Eine Verringerung der Länge des
Tauchkolbenhubs würde
die Verdrängung
verringern, während
das (durch die Kolbenfläche
und durch die zwei Rückschlagventile
begrenzte) Restvolumen der Pumpenkammer ungeändert gelassen würde. Dies
würde das
Druckgefälle verringern,
gegen das eine Blase (von der angenommen wird, dass sie das Volumen
der Pumpenkammer füllt)
gepumpt werden könnte,
wobei diese Verringerung recht genau vorhergesagt werden kann. Allerdings
sollte dann, wenn die Verdrängung
durch Verringern des Kolbendurchmessers verringert wird, das Restvolumen
der Pumpenkammer näherungsweise proportional
zur Verringerung des Hubvolumens verringert werden, wobei die Blasenpumpfähigkeit
sehr wenig geändert
werden sollte. Allerdings entsteht in diesem Fall ein praktisches
Problem beim Entwurf und bei der Herstellung der konischen Hauptrückschlagventilfeder.
Es wird sehr schwierig, die niedrige Federkonstante und die große Dehnung
zu erhalten, die für
diese Feder erforderlich sind, während
ihr Außendurchmesser
unter den verringert wird, der in Pumpen des in den 1–3 gezeigten
Typs verwendet wird.
-
Die
Fähigkeit
einer Elektromagnet-Kolbenpumpe des in den 1–3 gezeigten
Typs, das Pumpen gegen ein Druckgefälle mit Blasen in der Fluidströmung fortzusetzen,
hängt hauptsächlich von der
Aufrechterhaltung einer Flüssigkeitsabdichtung zwischen
dem Ankerkolben und dem umgebenden Durchlass, von dem Druckabfall über die
zwei Rückschlagventile
und von dem Volumen der in der Pumpenkammer gefangenen Blase relativ
zu dem Volumen des Pumphubs ab. Der Begriff Pumpenkammer soll den
Innenbereich des Pumpengehäuses
zwischen dem Hauptrückschlagventil,
dem Umgehungsrückschlagventil
und der Kolbenfläche
enthalten. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Fluidabdichtung verhältnismäßig dauerhaft
ist, solange die Pumpe nass ist. Die wichtigste Variable ist somit
das Volumen der eingefangenen Blase. Es kann erwartet werden, dass
während
des Durchgangs einer großen
Blase durch die Pumpe das gesamte Ruhevolumen der Pumpenkammer mit
Gas gefüllt
wird. Das Ruhevolumen ist das Volumen der oben definierten Pumpenkammer,
wenn der Anker in Ruhe ist. Somit hängt die Verringerung des Blasenvolumens
hauptsächlich vom
Ruhevolumen der Pumpenkammer ab, wobei das Ruhevolumen in Pumpen
des in den 1–3 gezeigten
Typs stark vom Entwurf des Hauptrückschlagventils abhängt. Somit
hat die in 5 gezeigte kleine Verdrängungspumpe 450 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung eine Hauptrückschlagventilkonfiguration,
die eine wesentliche Verringerung des Ruhevolumens der Pumpenkammer
ermöglicht.
Insbesondere befindet sich die Rückschlagventilfeder
außerhalb
der Pumpenkammer, so dass das Ruhevolumen der Pumpenkammer wesentlich
verringert sein kann. Die Motivation für die Änderung des Rückschlagventilentwurfs dient
teilweise dazu, eine Verringerung der Ruhevolumens der Pumpenkammer
zu erreichen, ist aber auch notwendig, um die Schwierigkeit der
Herstellung einer Rückschlagventilfeder,
die die geforderten Charakteristiken besitzt, während sie in den Raum mit verringertem
Durchmesser passt, zu überwinden.
-
Die
Pumpe 450 aus 5 enthält ein Gehäuse, einen Anker und elektromagnetische
Mittel, die gleich jenen der Pumpen in den 1–3 sind.
Dementsprechend sind diejenigen Komponenten in der Pumpe 450,
die gleich jenen in den Pumpen der 1–3 sind,
mit den gleichen Bezugszeichen identifiziert, die mit einer Doppelstrich-Bezeichnung
versehen sind. Der Einlass 18'' ist
durch ein Metallringelement 452 definiert, das an der axialen
Stirnfläche
des Gehäuseabschnitts 30'' anliegt und das eine mittige nabenartige
Verlängerung 454 besitzt,
die in eine Aussparung passt, die in der Stirnfläche des Gehäuseabschnitts 30'' vorgesehen ist. Die Verlängerung 454 definiert
eine Innenkammer 456, die über eine axiale Bohrung oder über einen axialen
Durchlass 458 in Fluidverbindung mit dem Innendurchlass
des Gehäuseabschnitts 30'' steht. Die Pumpe 450 enthält Rückschlagventilmittel 460,
die ein Ventilelement 462 in dem Innendurchlass des Gehäuseabschnitts 30'' umfassen und an den Ankerkolbenabschnitt 250'' angrenzen. Zwischen dem Ende der
Metallringverlängerung 454 und
dem Gehäuseabschnitt 30'' ist ein Ventilsitzelement 464 gehalten, das
mit einer mittigen Öffnung 466 versehen
ist, die mit dem Durchlass 458 im Register ist. In der
Kammer 456 des Metallrings 452 befindet sich eine
Rückschlagventilfeder 470,
wobei ein Ende der Feder 470 mit der Innenwandoberfläche der
Kammer 456 in Kontakt ist und das andere Ende 474 der
Feder 470 durch ein Verknüpfungs- oder Verbindungselement 476,
von dem ein Ende mit dem Ende 474 der Feder 470 verbunden
ist und von dem das andere Ende an einer mittigen Verlängerung 478 am
Ventilelement 462 befestigt ist, mit dem Ventilelement 462 verbunden
ist.
-
Somit
befindet sich die Rückschlagventilfeder 470 außerhalb
der Fluidkammern der Pumpe 450. Somit ist das Ruhevolumen,
das sich aus der Anordnung der Rückschlagventilfeder 470 in
der Fluidkammer der Pumpe 450 ergibt, beseitigt, wobei
der für
die Feder 470 verfügbare
Raum groß genug
ist, so dass die gewünschte
Federkonstante leicht erreicht wird. Die Anordnung aus 5 erhält das Merkmal
der Grundkonfiguration der Pumpe der 1–3,
durch das das Hauptrückschlagventil in
Reaktion auf eine kleine Druckdifferenz während des Pumpenhubs öffnet, aber
in Ruhe durch eine große
Federkraft gehalten wird.
-
Das
Ventilsitzelement 464 ist aus flachen Kautschukplatten
gebildet und zur Abdichtung zwischen die Metallringverlängerung 454 und
den Gehäuseabschnitt 30'' geklemmt. Zu diesem Zweck ist die
Verlängerung 454 an
ihrem axialen Ende mit einer ringförmigen Verlängerung 484 versehen,
die den Kautschuksitz 464 zur zuverlässigen Abdichtung lokal zusammendrückt. Das
Ventilelement 462 besteht aus einem Metall wie etwa Titan,
wobei der Zwischenraum zur Oberfläche des Gehäusedurchlasses genau gesteuert
werden kann. Um den Dichtungskontakt mit dem Sitzelement 464 zu
verbessern, ist das Element 462 an einer Oberfläche davon
mit einer ringförmigen
Einfassung 490 versehen.
-
Es
kann erwünscht
sein, den Ankertauchkolbenhub nach der Montage der Pumpe 450 durch
Anordnen eines oder mehrerer Abstandselemente zwischen dem Ende
des Ankerkolbenabschnitts 250'' und
dem Ventilelement 462 einzustellen. Ein solches Abstandsstück ist in 5 mit 492 bezeichnet
und geeignet an der axialen Stirnfläche des Kolbenabschnitts 250'' angebracht. Die kleine Verdrängungspumpe 450 kann
auf ähnliche
Weise wie die Pumpen 10 oder die Pumpen 330 der 1–3 mit
einer Umgehungsöffnung
versehen sein. Wie in 5 gezeigt ist, kann z. B. der
Durchlass 274'' mit einem ausreichend
kleinen Durchmesser hergestellt sein, um in der zuvor beschriebenen
Weise als eine Umgehungsöffnung
zu dienen. Außerdem
kann die Pumpe 450 in ähnlicher
Weise wie die Pumpe 10 in 1 mit einer Öffnung im
Weg der Fluidströmung
von dem Pumpenauslass versehen sein. Tatsächlich kann die Pumpe 450 je
nach den Anforderungen des Fluidsystems, dessen Teil sie ist, eine
oder beide Umgehungs- oder Auslassöffnungen enthalten. Dadurch arbeitet
die Pumpe 450 beim Pumpen von Fluid auf ähnliche
Weise wie die Pumpe 10 und 330.
-
6 zeigt
eine alternative Version der Pumpe aus 5. In 6 sind ähnliche
Komponenten wie jene der Pumpe aus 5 durch
das gleiche Bezugszeichen identifiziert, das mit einer Strich-Bezeichnung
versehen ist. Gleichfalls haben ähnliche Komponenten
wie jene der Pumpe der 1–3 das gleiche
Bezugszeichen mit einer Dreistrich-Bezeichnung. Abgesehen davon,
dass die konische Rückschlagventilfeder 500 in
ihrer Position zwischen dem Ventilelement 462 und der Kolbenfläche gehalten
ist, ist die Konfiguration aus 6 des Hauptrückschlagventils ähnlich der
in 5 gezeigten. In diesem Fall bietet die Konfiguration
keine Verringerung des Ruhevolumens der Pumpenkammer, erhöht aber
im Vergleich zu den Konfigurationen der 1–3 den
Durchmesser des Rückschlagventils
bei dem Durchmesser, bei dem es abdichtet. Es wird angenommen, dass
es die Dynamik der Strömung
während
des frühen
Teils des Pumphubs verbessert.
-
Somit
löst die
vorliegende Erfindung offensichtlich ihre beabsichtigten Aufgaben.
Obgleich Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich
beschrieben worden sind, dient dies zur Veranschaulichung und nicht
zur Beschränkung.