EP0390161A2 - Electromagnetically controlled diaphragm pump and its usage - Google Patents
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- F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
- F04B43/04—Pumps having electric drive
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch steuerbare Membranpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anwendung der Membranpumpe.The invention relates to an electromagnetically controllable diaphragm pump according to the preamble of
Membranpumpen dieser Art sind an sich handelsüblich. Sie werden verwendet, um kleine sehr genaue Volumeneinheiten einer Flüssigkeit zu fördern, wobei eine Trennung zwischen geförderter Flüssigkeit und bewegten Einrichtungen der Pumpe vorliegt. Bei Membranpumpen ist eine elastische und dichte Membran randseitig ortsfest eingespannt und wird der mittige Abschnitt einer Hubbewegung unterworfen. Zu diesem Zweck ist der mittige Abschnitt der Membran mit einem als Tauchspule ausgebildeten Kern oder Kolben verbunden, der von einer Erregerspule umgeben ist. Bei Erregung wird der Kolben in dem Bereich der Erregerspule angezogen gegen die Rückstellkraft der Membran oder einer anderen eine Federspannung aufbringenden Einrichtung. Bei Entregung erfolgt die Rückstellung durch Wirkung der Federvorspannung. Bei der Hubbewegung im Erregungszustand der Erregerspule wird das zu fördernde Medium durch eine Einlaßöffnung in den auf der dem Kolben abgewandten Seite der Membran gebildete Hubraum zwischen der Membran und einer die Einspannung bewirkenden Abdeckplatte angesaugt. Zweckmäßig ist dabei in der Ansaugöffnung in der Abdeckplatte ein nur in Ansaugrichtung öffnendes Ventil, im einfachsten Fall eine unter Federvorspannung stehende Klappe, vorgesehen. Bei der anderen Hubbewegung wird das angesaugte Volumen durch eine andere Öffnung wieder ausgestoßen, wobei diese ein nur in Ausstoßrichtung öffnendes Ventil enthält, im einfachsten Fall wieder eine unter Federvorspannung stehende Klappe. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei der einen Hubbewegung nur angesaugt und bei der anderen Hubbewegung nur ausgestoßen werden kann.Diaphragm pumps of this type are commercially available per se. They are used to deliver small, very precise volume units of a liquid, with a separation between the liquid being pumped and the moving devices of the pump. In diaphragm pumps, an elastic and tight diaphragm is clamped in place at the edges and the central section is subjected to a lifting movement. For this purpose, the central section of the membrane is connected to a core or piston designed as a moving coil, which is surrounded by an excitation coil. When excited, the piston is attracted in the area of the excitation coil against the restoring force of the membrane or another device that applies spring tension. In the event of de-excitation, the resetting takes place through the action of the spring preload. During the stroke movement in the excited state of the excitation coil, the medium to be conveyed is sucked through an inlet opening into the displacement space formed on the side of the membrane facing away from the piston between the membrane and a cover plate causing the clamping. A valve that opens only in the suction direction, in the simplest case a flap that is spring-loaded, is expediently provided in the suction opening in the cover plate. During the other stroke movement, the aspirated volume is expelled again through another opening, which contains a valve that only opens in the direction of expulsion, in the simplest case again a flap that is spring-loaded. This ensures that one stroke can only be sucked in and the other stroke can only be expelled.
Nachteilig bei handelsüblichen Dosierpumpen dieser Art ist jedoch, daß relativ steife Membranen verwendet werden müssen, damit sich diese beim Ausstoß-Hub, bei dem sie gegen Druck fördern müssen, nicht durchbiegen. Dies hat zur Folge, daß hohe Verstellkräfte aufgewendet werden müssen, um die durch derartige Membranen vorgegebene hohe Rückstellkraft bzw. Federvorspannung zu überwinden. Darüber hinaus ist ferner nachteilig, daß die Membranen altern und mit der Zeit weicher werden. Damit verändert sich aber das geförderte Volumen pro Hub, was äußerst unerwünscht ist. Insbesondere ist dies unerwünscht, wenn es auf hochgenaue Fördermengen ankommt, etwa bei der Förderung sehr kleiner Mengen auf medizinischem Gebiet. Ein besonderes Beispiel ist die Förderung von Dialysat zu einem Dialysator bei der Hämodialyse. Bei einer solchen Anwendung muß unter allen Umständen vermieden werden, daß zu viel Dialysat dem Dialysator zugeführt wird, da sonst Dialysat in dem Blutkreislauf eines Patienten gelangen könnte, was außerordentlich lebens bedrohend ist. Andererseits darf auch nicht zu wenig Dialysat gefördert werden, da sonst die Blutreinigung nicht vollständig durchgeführt werden kann. Schließlich ist es insbesondere bei solchen Anwendungen erforderlich, sicherzustellen, daß dem Dialysator stets und kontinuierlich die gleiche Menge an Frischdialysat zugeführt wird wie an verbrauchtem Dialysat abgeführt wird. Hierzu werden sogenannte Bilanzierungssysteme verwendet, denen mittels üblichen Förderpumpen kontinuierlich Frischdialysat zugeführt wird, wobei mittels gesteuerten Ventilen und einer Bypassleitung der kontinuierliche Strom geregelt wird.A disadvantage of commercially available metering pumps of this type, however, is that relatively stiff membranes have to be used so that they do not bend during the discharge stroke, in which they have to convey against pressure. The consequence of this is that high adjustment forces have to be applied in order to overcome the high restoring force or spring preload specified by such membranes. Another disadvantage is that the membranes age and become softer over time. However, this changes the volume delivered per stroke, which is extremely undesirable. This is particularly undesirable when it comes to highly precise delivery quantities, for example in the delivery of very small quantities in the medical field. A particular example is the promotion of dialysate to a dialyzer in hemodialysis. In such an application, it must be avoided under all circumstances that too much dialysate is supplied to the dialyzer, since otherwise dialysate could get into a patient's bloodstream, which is extremely life-threatening. On the other hand, too little dialysate should not be pumped, otherwise the blood purification cannot be carried out completely. Finally, it is particularly necessary in such applications to ensure that the same amount of fresh dialysate is continuously and continuously fed to the dialyzer as that of used dialysate is removed. So-called balancing systems are used for this purpose, to which fresh dialysate is continuously fed by means of conventional feed pumps, the continuous flow being regulated by means of controlled valves and a bypass line.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Membranpumpe der eingangs genannten Bauart so weiterzubilden, daß bei einfacher Bauweise auch über längere Zeiträume gleiche Fördermengen pro Hub förderbar sind, sowie eine Anwendung einer solchen Membranpumpe anzugeben, die eine einfachere und hochgenaue Bilanzierung ermöglicht.It is therefore an object of the invention to develop a diaphragm pump of the type mentioned at the outset in such a way that the same delivery rates per stroke can be conveyed over a longer period of time in the case of a simple construction, and to specify an application of such a diaphragm pump which enables simpler and highly accurate balancing.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by the characterizing features of
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.The invention is further developed by the features of the subclaims.
Insbesondere ist die erfindungsgemäße Membranpumpe bei der Hämodialyse anwendbar.In particular, the membrane pump according to the invention can be used in hemodialysis.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß dann eine sehr weiche Membran verwendet werden kann, wenn diese gegen eine inkompressible Flüssigkeit über die gesamte Hubbewegung abgestützt bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Kolben in einem konstanten Volumen dieser inkompressiblen Flüssigkeit unter Mitnahme der Membran bewegt wird. Wegen der Ausbildung als Doppel-Membranpumpe sind dadurch, daß parallel zueinander bei einer Membran ein Ansaughub und bei der anderen Membran ein Ausstoßhub durchgeführt werden, außerordentlich konstante Fördermengen möglich.The invention is based on the finding that a very soft membrane can be used if it remains supported against an incompressible liquid over the entire stroke movement. This is achieved by moving the piston in a constant volume of this incompressible liquid with the membrane being carried along. Because of the design as a double diaphragm pump, extremely constant delivery rates are possible in that a suction stroke is carried out in parallel with one membrane and an ejection stroke is carried out in the other membrane.
Die Anwendung bei der Hämodialyse erlaubt ein System, bei dem keine Ventile angesteuert werden müssen, sondern aktiv bei einfachem Aufbau eine kontinuierliche Förderung sichergestellt werden kann. Darüber hinaus kann die Fördermenge durch Änderung der Hubgeschwindigkeit geändert werden, die ihrerseits durch Änderung des Erregerstroms oder der Taktfrequenz sehr genau steuerbar ist. Insbesondere kann auf diese Weise ein genaues Bilanzierungssystem bei äußerst einfachem Aufbau und hoher Wartungsfreundlichkeit erreicht werden.The use in hemodialysis allows a system in which no valves have to be controlled, but continuous delivery can be actively ensured with a simple structure. In addition, the delivery rate can be changed by changing the stroke speed, which in turn can be controlled very precisely by changing the excitation current or the clock frequency. In particular, an accurate accounting system can be achieved in this way with an extremely simple construction and a high degree of maintenance friendliness.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1 schematisch und im Schnitt eine Doppel-Membranpumpe gemäß der Erfindung,
- Fig. 2 und Fig. 3 Bauformen von Auslaß- bzw. Einlaßventilen für die Membranpumpe nach Fig. 1,
- Fig. 4 schematisch die Anwendung der Membranpumpe bei der Hämodialyse,
- Fig. 5 schematisch die Anwendung der Membranpumpe bei der kontinuierlichen Förderung eines Mediums.
- 1 schematically and in section a double diaphragm pump according to the invention,
- 2 and Fig. 3 types of outlet or inlet valves for the diaphragm pump of FIG. 1,
- 4 shows schematically the use of the membrane pump in hemodialysis,
- Fig. 5 shows schematically the application of the diaphragm pump in the continuous delivery of a medium.
Gemäß Fig. 1 weist die Membranpumpe einen Hohlzylinder 1 auf, in dessen Innerem ein zylindrischer Kolben 2 axial verschieblich angeordnet ist. Der Kolben 2 ist im Inneren des Hohlzylinders 1 über Gleitringe 3 geführt, die an der Innenwand des Hohlzylinders 1 anliegen. Mittels der Gleitringe 3 ist darüber hinaus ein Luftspalt zwischen dem Kolben 2 und der Innenwand des Hohlzylinders 1 sichergestellt. Dieser Luftspalt ist insbesondere dann notwendig, wenn der Hohlzylinder 1 aus einem magnetisierbaren Werkstoff wie Weicheisen besteht. Falls der Hohlzylinder 1 aus einem Dielektrikum wie einem Kunststoff besteht, kann die Führung des Kolbens 2 auf andere Weise sichergestellt werden. An beiden Stirnenden des Hohlzylinders 1 ist je eine Membran 6 zwischen dem Hohlzylinder 1 und einer jeweiligen Abdeckplatte 9 randseitig fest eingespannt. Mittig ist jede Membran 6 fest und dicht mit dem Kolben 2 verbunden. Der Kolben 2 selbst weist mindestens eine Durchgangsbohrung 4 in axialer Richtung auf, derart, daß die Räume 5 zwischen den Stirnseiten des Kolbens 2 und der jeweils zugeordneten Membran 6 über die Durchgangsbohrung 4 miteinander verbunden sind. Die Durchgangsbohrung 4 und die Räume 5 sind von einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt. Der Hohlzylinder 1 trägt an seiner Außenseite zwei Erregerspulen 7 und 8, die jeweils einer der Membranen 6 zugeordnet sind. Anschlußleitungen 17 bzw. 18 führen nach außen und sind mit einer nicht dargestellten elektrischen Steuerung verbunden. Die beiden Erregerspulen 7 und 8 sind durch axial mittig angeordnete Trennelemente 14 voneinander getrennt.1, the diaphragm pump has a
Zwischen einer Membran, in Fig. 1 der linksseitigen Membran 6 und der zugeordneten Abdeckplatte 9 ist ein erster Hubraum 12 gebildet, während zwischen der anderen Membran, in Fig. 1 der rechtsseitigen Membran 6 und der zugehörigen Abdeckplatte 9 ein zweiter Hubraum 13 gebildet ist. In den Abdeckplatten 9 sind je mindestens eine Zuführöffnung 10 und eine Abführöffnung 11 vorgesehen. Jeder Zuführöffnung 10 ist ein Einlaßventil zugeordnet, das sich nur in Einlaßrichtung öffnen läßt, in Gegenrichtung aber verschlossen ist. Jeder Auslaßöffnung 11 ist ebenfalls ein Ventil zugeordnet, das sich jedoch nur in Auslaßrichtung öffnen läßt, in der anderen Richtung jedoch stets verschlossen ist. Im einfachsten Fall handelt es sich hierbei um unter Federvorspannung stehende Klappenventile, wie sie bei hydraulischen und pneumatischen Systemen an sich üblich sind.A
Andere Ventilbauformen sind in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt.Other valve designs are shown in FIGS. 2 and 3.
Fig. 2 zeigt ein Auslaßventil 20, das in die Auslaßöffnung 11 der Abdeckung 9 einschraubbar oder in anderer Weise befestigbar ist. Das Auslaßventil 20 besteht aus einem in dieser Öffnung 11 befestigbaren Hülsenteil 21, auf das ein Stutzenteil 22 unter Zwischenfügung einer Dichtung 23 aufschraubbar ist und dessen Stutzenende so ausgebildet ist, daß daran Leitungen befestigbar, beispielsweise Schlauchleitungen, aufklemmbar sind. Im im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Hülsenteil 21 ist ein Ventilsitz 24 nahe dem zur Auslaßöffnung 11 weisenden Ende ausgebildet. Auf der diese Auslaßöffnung 11 abgewandten Seite des Ventilsitzes liegt ein Ventilköper 25 an, der von einer Feder 26 gegen den Ventilsitz 24 gedrückt wird, wobei sich die Feder 26 am anderen Ende am aufgeschraubten Stutzenteil 22 abstützt, das ebenfalls im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist. Bei einem Druck in Pfeilrichtung hebt der Ventilkörper 25 von Ventilsitz 24 gegen die Kraft der Feder 26 ab und läßt ein Medium vorbeiströmen bis der Förderdruck aufhört.Fig. 2 shows an
Fig. 3 zeigt ein Einlaßventil 30, das in ähnlicher Weise aufgebaut ist und ein Einschraubteil 31 und ein Stutzenteil 32 aufweist, die ebenfalls im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet sind und die über eine Dichtung 33 dicht miteinander verbindbar sind. Im Stutzenteil 32 ist an dem dem Einschraubteil 31 zugewandten Ende ein Ventilsitz 34 ausgebildet, gegen den ein Ventilkörper 35 anliegt, und zwar mit Hilfe einer in dem Einschraubteil 31 abgestützten Feder 36. Wenn Druck über eine an das Stutzenteil 32 angeschlossene Zuführleitung ausgeübt wird, wird der Ventilkörper 35 vom Ventilsitz 34 gegen die Kraft der Feder 36 abgehoben und erlaubt das Vorbeiströmen eines Mediums und das Hindurchströmen durch die Einlaßöffnung 10 der Abdeckplatte 9. Bei Beendigung dieses Druckes wird das Ventil 30 sofort geschlossen und verhindert ein Rückströmen.Fig. 3 shows an inlet valve 30, which is constructed in a similar manner and has a screw-in
Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Ventile 20 und 30 sind, wie erwähnt, in die Öffnungen 10 und 11 der Abdeckplatte 9 einschraubbar, und zwar derart, daß die Hubräume 12 und 13 in ihrer Kontur nicht beeinflußt sind.The
Fig. 1 zeigt den Kolben 2 der Membranpumpe in einer durch die Eigenelastizität der Membranen 6 bedingten Ruhelage, also einer Stellung, in der beide Erregerspulen 7 und 8 nicht erregt sind.Fig. 1 shows the piston 2 of the diaphragm pump in a rest position due to the inherent elasticity of the
Wird eine der Erregerspulen erregt, beispielsweise die Erregerspule 17, so wird durch das entstehende Elektromagnetfeld der Kolben 2 angezogen und bewegt sich in Fig. 1 nach links, wodurch der Hubraum 12 kleiner wird und darin befindliches zu förderndes Medium über dieIf one of the excitation coils is excited, for example excitation coil 17, piston 2 is attracted by the resulting electromagnetic field and moves to the left in FIG. 1, as a result of which the
Auslaßöffnung 11 unter Öffnung des Ventils 20 ausgestoßen wird, während der andere Hubraum 13 vergrößert wird und zu förderndes Medium über die Einlaßöffnung 10 und das Einlaßventil 30 unter dessen Öffnung ansaugt. Hierbei bleiben das Einlaßventil 30 in der Einlaßöffnung 10 des Hubraumes 12 einerseits und das
Auslaßventil 20 in der Auslaßöffnung 11 des anderen Hubraums 13 andererseits zwangsläufig geschlossen, d.h., im Hubraum 12 erfolgt ein Ansaughub, im Hubraum 13 erfolgt dagegen ein Ausstoßhub. Wird der Erregungszustand geändert, also die Erregerspule 8 erregt und die Erregerspule 7 entregt, so erfolgt eine Hubbewegung in die andere Richtung, derart, daß im Hubraum 12 ein Ansaughub und im Hubraum 13 ein Ausstoßhub erfolgt.
Während der Bewegung des Kolbens 2 von rechts nach links oder links nach rechts wird die inkompressible Flüssigkeit von dem einen Raum 5 durch die Durchgangsbohrung 4 hindurch zu dem anderen Raum 5 bewegt, derart, daß diese inkompressible Flüssigkeit auf beide Membranen 6 stets die gleiche Stützkraft ausübt, die Membranen 6 also nicht durchbiegen können. Hierdurch ist gewährleistet, daß die bei jeder Hubbewegung geförderte bzw. angesaugte Menge an zu förderndem Medium stets gleich ist, und zwar für jeden der beiden Hubräume 12 und 13. Bei der dargestellten Ausbildung der Membranpumpe sind die Hubräume 12 und 13 und die beiden Hubvolumina untereinander ebenfalls gleich.During the movement of the piston 2 from right to left or left to right, the incompressible liquid is moved from one space 5 through the through-hole 4 to the other space 5 such that this incompressible liquid always exerts the same supporting force on both
Mit einer solchen Doppel-Membranpumpe gemäß Fig. 1 kann eine einfache kontinuierliche Förderung erreicht werden, wie das anhand Fig. 5 erläutert wird. Diese Doppel-Membranpumpe P, bei der der eine Erregungszustand und damit Hubzustand durch einen breiten schwarzen Strich schematisch dargestellt ist und einer Erregung der Erregerspule 7 und einer Entregung der Erregerspule 8 und einer entsprechenden Bewegung des Kolbens 2 nach links der Darstellung gemäß Fig. 1 entspricht, sind alle Einlaßöffnungen 10 über entsprechend zugeordnete Ventile 30 mit einem Behälter R über übliche Leitungen und ohne ein Ventil am Verzweigungspunkt 28 verbunden. Andererseits sind die Auslaßöffnungen 11 mit zugehörigen Auslaßventilen 20 über einen Vereinigungspunkt 29 ohne zusätzliche Ventile direkt mit einer Abführleitung zu einem Verbraucher U geführt. Bei der Stellung der Doppel-Membranpumpe P gemäß Fig. 5 wird über die mit dicken Linien gezeichneten Leitungen aus dem Behälter R über die rechtsseitige Einlaßöffnung 10 und das rechtsseitige Einlaßventil 30 angesaugt und andererseits über das linksseitige Auslaßventil 20 und die linksseitige Auslaßöffnung 11 mit der Pumpe P über den Vereinigungspunkt 29 an den Verbraucher U ausgestoßen. Das linksseitige Einlaßventil 30 und das rechtsseitige Auslaßventil 20 sind zwangsläufig geschlossen, so daß hier keine Förderung erfolgt. Bei der Bewegung des Kolbens in die andere Richtung, d.h. bei dem anderen Erregungszustand (Erregungsspule 8 erregt, Erregungsspule 7 entregt) erfolgt die Förderung in der anderen Richtung, derart, daß bei jeder Bewegung des Kolbens, also bei jedem Erregungszustandswechsel eine Förderung von Medium von dem Behälter R zu dem Verbraucher U erfolgt.A simple continuous delivery can be achieved with such a double diaphragm pump according to FIG. 1, as will be explained with reference to FIG. 5. This double diaphragm pump P, in which the one excitation state and thus the lifting state is shown schematically by a broad black line and an excitation of the excitation coil 7 and an excitation of the excitation coil 8 and a corresponding movement of the piston 2 to the left corresponds to the illustration in FIG. 1 , All
Die beiden Hubräume 12 und 13 der Pumpe P (vgl. Fig. 1) können jedoch auch von verschiedenen Behältern her versorgt werden, etwa um verschiedene Medien dem gleichen Verbraucher in einem vorgegebenen Volumenverhältnis zueinander zuzuführen. Andererseits können auch zwei Verbraucher aus einem gemeinsamen Vorrat abwechselnd versorgt werden.However, the two
Die Doppel-Membranpumpe gemäß Fig. 1 entsprechend der Anwendung gemäß Fig. 5 erlaubt eine Fördermenge, die doppelt so hoch ist wie bei einer Membranpumpe mit lediglich einer Membran.The double diaphragm pump according to FIG. 1 corresponding to the application according to FIG. 5 allows a delivery rate that is twice as high as in a diaphragm pump with only one diaphragm.
Die Erregerspulen 7 und 8 können wechselstromerregt werden, dann besteht der Kolben 2 zumindest teilweise, etwa in Form eines Ringhülsenteils, aus einem permanentmagnetischen Material. Erfolgt eine Gleichstromerregung, so besteht der Kolben 2, in gleicher Weise zumindest teilweise, aus einem weichmagnetischen Material, etwa Weicheisen oder dgl. Es zeigt sich, daß der Hohlzylinder 1 auch aus Weicheisen bestehen kann, er wirkt dann als Joch und muß dann einen Luftspalt gegenüber dem Kolben 2 besitzen, es sei denn, daß die Außenseite des Kolbens 2 aus einem Dielektrikum besteht. Besteht andererseit der Hohlzylinder 11 aus einem dielektrischen Material, so kann der Kolben 2 ohne Luftspalt geführt sein. Auf jeden Fall darf die inkompressible Flüssigkeit keine magnetischen Eigenschaften besitzen.The excitation coils 7 and 8 can be excited by alternating current, then the piston 2 consists at least partially, for example in the form of an annular sleeve part, of a permanent magnetic material. If DC excitation occurs, the piston 2 is, in the same way at least partially, made of a soft magnetic material, such as soft iron or the like. It turns out that the
Die erfindungsgemäße Doppel-Membranpumpe eignet sich insbesondere für Bilanzierungssysteme. Dies wird anhand einer besonderen Anwendung, nämlich der Hämodialyse näher erläutert, und zwar anhand der schematischen Darstellung gemäß Fig. 4.The double diaphragm pump according to the invention is particularly suitable for balancing systems. This is explained in more detail using a special application, namely hemodialysis, using the schematic illustration according to FIG. 4.
Fig. 4 zeigt zwei im Gegentakt zueinander angesteuerte erfindungsgemäß ausgebildete Doppel-Membranpumpen P1 und P2. Die linksseitigen Einlaßöffnungen 10 beider Pumpen P1 und P2 sind über entsprechende Einlaßventile 30 jedoch ohne zusätzliche Ventile an einem Verzweigungspunkt 38 mit einem Behälter T für Frischdialysat verbunden. Die linksseitigen Auslaßöffnungen 11 sind über entsprechende Auslaßventile 20 und über einen Vereinigungspunkt 39 ohne zusätzliche Ventile sowie über einen Durchflußregler 40 mit dem Dialysat-Einlaß 41 eines Dialysators D verbunden. Den Dialysator D wird über einen Einlaß 43 zu reinigendes Blut von einem nicht dargestellten Patienten zugeführt. Die Reinigung des verunreinigten Blutes erfolgt mit Hilfe des Dialysates in üblicher Weise nach dem osmotischen Prinzip. Das gereinigte Blut verläßt den Dialysator D über einen Auslaß 44, das verunreinigte Dialysat verläßt den Dialysator über eine Auslaß 42. Das verunreinigte Dialysat wird über einen Verzweigungspunkt 45 ohne zusätzliche Ventile sowie über entsprechende Einlaßventile 30 den rechtsseitigen Einlaßöffnungen 10 der beiden Pumpen P1 und P2 zugeführt. Die rechtsseitigen Auslaßöffnungen beider Pumpen P1 und P2 sind über zugeordnete Auslaßventile 20 sowie einen Vereinigungspunkt 46 ohne zusätzliche Ventile mit einem Abfluß W verbunden.FIG. 4 shows two double diaphragm pumps P1 and P2, which are actuated in a push-pull manner with respect to one another. The left-
Die Gegentaktsteuerung der beiden Pumpen P1 und P2, d.h. die Steuerung derart, daß dann, wenn sich der Kolben 2 der einen Pumpe von rechts nach links bewegt, der Kolben 2 der anderen Pumpe sich umgekehrt dazu von links nach rechts bewegt, bewirkt zum einen, daß stets eine der beiden Pumpen aus dem Dialysebehälter T ansaugt, während die andere Pumpe gleichzeitig das vorher angesaugte Frischdialysat an den Dialysator D abgibt und andererseits letztere Pumpe gleichzeitig vom Dialysator D verbrauchtes Dialysat ansaugt, während die erstere Pumpe gleichzeitig hierzu zuvor angesaugtes verbrauchtes Dialysat an den Abfluß W ausstößt. Somit ist stets Frischdialysat zur Abgabe an den Dialysator D vorhanden, wobei dieses dem Dialysator D in einer von der Hubgeschwindigkeit des Kolbens 2 abhängigen jedoch konstanten Volumenmenge pro Zeiteinheit abgegeben wird. Durch die Ausbildung als Doppel-Membranpumpe der Pumpen P1 und P2 wird jedoch auch gleichzeitig vom Auslaß 42 die genau gleiche Menge, und zwar auch die gleiche Volumenmenge pro Zeiteinheit abgeführt und bei der Pumpe angesaugt, die gerade Frischdialysat an den Dialysator D abgibt. Es wird hierdurch eine sogenannte Null-Bilanz erreicht, d.h., daß dem Patienten kein Gewicht (sogenanntes Ultrafiltrat) entzogen wird. Durch die Verwendung zweier Doppel-Membranpumpen P1 und P2 wird darüber hinaus ein vollständig kontinuierlicher Betrieb erreicht.The push-pull control of the two pumps P1 and P2, ie the control such that when the piston 2 of the one Pump moves from right to left, the piston 2 of the other pump moves vice versa from left to right, causes on the one hand that one of the two pumps always draws from the dialysis container T, while the other pump simultaneously the freshly dialysate previously sucked to the dialyzer D delivers and on the other hand, the latter pump simultaneously sucks in used dialysate by dialyzer D, while the former pump simultaneously ejects previously used used dialysate to drain W. Fresh dialysate is thus always available for delivery to the dialyser D, this being delivered to the dialyser D in a quantity of volume per time unit which is dependent on the stroke speed of the piston 2 but is constant. Due to the design as a double diaphragm pump of the pumps P1 and P2, however, the exact same amount, namely the same volume per unit of time, is also discharged from the
Auch bei Membranpumpen dieser Bauart ist es erwünscht, die geförderte Volumenmenge pro Zeiteinheit einstellen zu können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Hubgeschwindigkeit geändert wird, was insbesondere dadurch erreicht wird, daß die Amplitude des Erregerstroms geändert wird. Mit höherem Erregerstrom wird der Kolben 2 schneller bewegt, d.h. die Hubbewegung wird schneller durchgeführt. Damit können auch die Erregungswechsel schneller aufeinaderfolgen. Die Einstellung der Taktwechsel kann von außen erfolgen, etwa durch Ansteuerung der Erregungsstromquelle über Rechteckimpulse unterschiedlicher Länge, es kann jedoch auch eine Steuerung derart erfolgen, daß ein Erregungswechsel sofort stattfindet, sobald der Kolben 2 eine seiner jeweiligen Endlagen erreicht hat. Zu diesem Zweck können (vgl. Fig. 1) an den beiden Abdeckplatten 9 Endlagenmelder 15 bzw. 16 vorgesehen sein, die bei Anlage der jeweiligen Membran 6 an der jeweiligen Abdeckplatte 9 durch Signalgabe einen Erregungswechsel auslösen. Beispielsweise kann das Befestigungselement 19 zum mittigen Befestigen der Membran 6 am Kolben 2 bei Anlage an den jeweiligen Endlagenmelder 15, 16 Kontakte überbrücken. Es kann auch ein berührungslos arbeitender Annäherungsschalter oder anderer Endlagenschalter bekannter Bauart verwendet werden.Even with diaphragm pumps of this type, it is desirable to be able to adjust the volume delivered per unit of time. This is achieved by changing the stroke speed, which is achieved in particular by changing the amplitude of the excitation current. With a higher excitation current, the piston 2 is moved faster, ie the stroke movement is carried out faster. This means that changes in arousal can also occur more quickly. The cycle changes can be adjusted from the outside, for example by controlling the excitation current source via rectangular pulses of different lengths, but it can also be controlled in such a way that an excitation change takes place immediately as soon as the piston 2 has reached one of its respective end positions. To this end can (see Fig. 1) on the two
Zu der inkompressiblen Flüssigkeit ist zu bemerken, daß diese die Membrane 6 abstützt, weshalb eine vergleichsweise weiche Membran verwendet werden kann, was wiederum einen größeren Hub erlaubt. Da sich der Kolben 2 unter Verdrängen dieser inkompressiblen Flüssigkeit durch die Durchgangsbohrung 4 hindurch auf die jeweils andere Seite des Kolbens 2 bewegt, ist es von Vorteil, wenn die inkompressible Flüssigkeit schmierende, also die Verschiebebewegung des Kolben 2 fördernde Eigenschaften besitzt. Insbesondere für Anwendungsfälle, bei denen die inkompressible Flüssigkeit unerwünschte Reaktionen bei Zusammentreffen mit dem geförderten Medium auslösen könnte, etwa eine Vergiftung des Dialysats beim geschilderten Anwendungsfall, ist ferner eine solche inkompressible Flüssigkeit zu wählen, die mit dem geförderten Medium verträglich ist. Da ein Eintreten inkompressibler Flüssigkeit in das geförderte Medium ein Signal für eine Undichtheit ist, insbesondere einen Riß oder eine Porösität der Membran 6, ist es ferner zweckmäßig, die inkompressible Flüssigkeit so zu wählen, daß in einem solchen Fall eine nach außen sofort auffallende Reaktion ausgelöst wird, etwa eine deutliche erkennbare Farbänderung oder dgl. Da im übrigen in solchen Fällen auch die Druckverhältnisse sich plötzlich ändern, können darauf ansprechende Alarmgeber verwendet werden, um einen solchen Fall anzuzeigen.Regarding the incompressible liquid, it should be noted that this supports the
Falls es bei der Anwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Doppel-Membranpumpen darauf ankommt, daß aus den beiden Hubräumen 12 und 13 unterschiedliche Volumenmengen pro Zeiteinheit gefördert werden, so kann dies dadurch erreicht werden, daß die Membranen 6 jeweils unterschiedliche Elastizität besitzen und/oder die Erregerspulen 7 und 8 mit Strom unterschiedlicher Höhe erregt werden. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Hubgeschwindigkeiten. Konstruktiv aufwendiger, jedoch ebenfalls denkbar, ist eine unterschiedliche Größe der beiden Hubräume 11 und 13, wobei zu beachten ist, daß die Hubhöhe konstruktionsbedingt gleich bleibt.If there is a use of a trained according to the invention Double-diaphragm pumps depend on the fact that different volume quantities per unit of time are conveyed from the two
Sind hohe Fördergeschwindigkeiten erforderlich, können mehrere Einlaßöffnungen 10 und Auslaßöffnungen 11 pro Hubkammer 12 bzw. 13 vorgesehen sein, die parallel versorgt bzw. entsorgt werden.If high conveying speeds are required,
Insgesamt wird also eine Membranpumpe angegeben, die einfachen Aufbau hat und damit leicht und einfach gewartet werden kann, wobei einzelne Elemente in einfacher Weise austauschbar sind. Darüber hinaus kann die Membranpumpe auch dann verwendet werden, wenn eine Sterilisation zumindest hinsichtlich des Strömungsweges eines Mediums erforderlich ist. Die Membranpumpe eignet sich daher auch für medizinische Anwendungen.Overall, a diaphragm pump is therefore specified which has a simple structure and can therefore be easily and easily maintained, with individual elements being easily replaceable. In addition, the diaphragm pump can also be used if sterilization is required at least with regard to the flow path of a medium. The diaphragm pump is therefore also suitable for medical applications.
Claims (15)
einer stirnseitigen Abdeckplatte (9) des Hohlzylinders (1), die mindestens zwei durch je ein Ventil (20,30) verschließbare Öffnungen (10, 11) aufweist,
einem magnetisch beeinflußbaren Kolben (2), der in dem Hohlzylinder (1) axial bewegbar geführt ist,
einer Umfangs-Erregerspule (7) auf einem Längsabschnitt des Hohlzylinders (1), wobei ein magnetisch wirksamer Spalt zwischen dem Kolben (2) und der Erregerspule (7) definiert ist, und
einer elastischen Membran (6), die randseitig zwischen der Abdeckplatte (9) und dem Hohlzylinder (1) eingespannt ist und mittig mit dem Kolben (2) verbunden ist,
wobei bei Erregung der Erregerspule (7) der Kolben (2) in eine Endlage und bei Entregung in die andere Endlage im Hohlzylinder (1) bewegt wird und durch die Mitbewegung der Membran (6) bei einem Bewegungsweg durch eine (10) der Öffnungen von außen ein zu förderndes Medium angesaugt und bei dem anderen Bewegungsweg durch die andere Öffnung (11) nach außen das zu fördernde und zuvor angesaugte Medium ausgestoßen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlzylinder (1) am anderen Stirnende eine zweite Abdeckplatte (9) trägt, die mindestens zwei durch je ein Ventil (20, 30) verschließbare Öffnungen (10, 11) aufweist, daß eine zweite elastische Membran (6) randseitig zwischen der zweiten Abdeckplatte (9) und dem Hohlzylinder (1) eingespannt und etwa mittig mit dem Kolben (2) verbunden ist,
daß der Kolben (2) mindestens eine axiale Durchgangsbohrung (4) aufweist und
daß der Raum (5) zwischen den Membranen (6) einschließlich der Durchgangsbohrung (4) von einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt ist,
wobei durch die Bewegung beider Membranen (6), dann, wenn an der einen Stirnseite ein Medium angesaugt wird, ein weiteres zu förderndes Medium an der anderen Stirnseite ausgestoßen wird, und umgekehrt.1. Electromagnetically controllable diaphragm pump, with a hollow cylinder (1),
an end cover plate (9) of the hollow cylinder (1), which has at least two openings (10, 11) which can be closed by a valve (20, 30),
a magnetically influenceable piston (2) which is axially movably guided in the hollow cylinder (1),
a peripheral excitation coil (7) on a longitudinal section of the hollow cylinder (1), a magnetically active gap being defined between the piston (2) and the excitation coil (7), and
an elastic membrane (6) which is clamped on the edge between the cover plate (9) and the hollow cylinder (1) and is connected in the center to the piston (2),
wherein upon excitation of the excitation coil (7) the piston (2) is moved into one end position and upon de-excitation into the other end position in the hollow cylinder (1) and by the movement of the membrane (6) along a path of movement through one (10) of the openings of a medium to be conveyed is sucked in on the outside and the medium to be conveyed and previously sucked in is expelled in the other movement path through the other opening (11),
characterized by
that the hollow cylinder (1) at the other end carries a second cover plate (9) which has at least two openings (10, 11) which can be closed by a valve (20, 30) in each case, that a second elastic membrane (6) on the edge between the second Cover plate (9) and the hollow cylinder (1) are clamped and connected approximately centrally to the piston (2),
that the piston (2) has at least one axial through bore (4) and
that the space (5) between the membranes (6) including the Through hole (4) is filled with an incompressible liquid,
whereby by moving both membranes (6), when a medium is sucked in on one end face, a further medium to be conveyed is expelled on the other end face, and vice versa.
dadurch gekennzeichnet,
daß eine zweite Umfangs-Erregerspule (8) auf einem Längsabschnitt des Hohlzylinders (1) benachbart zur ersten Erregerspule (7) angeordnet ist, wobei ein magnetisch wirksamer Spalt zwischen dem Kolben (2) und der zweiten Erregerspule (8) definiert ist und erste und zweite Erregerspule (7, 8) nicht gleichzeitig erregbar sind.2. diaphragm pump according to claim 1,
characterized by
that a second circumferential excitation coil (8) is arranged on a longitudinal section of the hollow cylinder (1) adjacent to the first excitation coil (7), a magnetically active gap being defined between the piston (2) and the second excitation coil (8) and first and second excitation coil (7, 8) cannot be excited simultaneously.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (2) umfangsseitig und an den axialen Enden Gleitringe (3) trägt zur Führung in dem Hohlzylinder (1) und Aufrechterhaltung eines Luftspaltes.3. diaphragm pump according to one of claims 1 to 2,
characterized by
that the piston (2) on the circumferential side and at the axial ends contributes slide rings (3) for guidance in the hollow cylinder (1) and maintenance of an air gap.
dadurch gekennzeichnet,
daß das eine Ventil (30) gegen die Kraft einer Feder (36) beim Ansaugen öffnet und beim Ausstoßen zwangsweise geschlossen ist, während das andere Ventil (20) gegen die Kraft einer Feder (26) beim Ausstoßen öffnet und beim Ansaugen zwangsweise geschlossen ist.4. diaphragm pump according to one of claims 1 to 3,
characterized by
that one valve (30) opens against the force of a spring (36) during suction and is forcibly closed during ejection, while the other valve (20) opens against the force of a spring (26) during ejection and is closed during suction.
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Wechselstromerregung der Kolben (2) zumindest teilweise aus Weicheisen oder dgl. weichmagnetischem Werkstoff hergestellt ist.5. diaphragm pump according to one of claims 1 to 4,
characterized by
that the piston (2) is at least partially made of soft iron or the like. Soft magnetic material when AC is excited.
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Gleichstromerregung der Kolben (2) zumindest teilweise aus einem permanentmagnetischen Werkstoff hergestellt ist.6. diaphragm pump according to one of claims 1 to 4,
characterized by
that with direct current excitation the piston (2) is at least partially made of a permanent magnetic material.
dadurch gekennzeichnet,
daß die inkompressible Flüssigkeit schmierende Eigenschaften besitzt.7. diaphragm pump according to one of claims 1 to 6,
characterized by
that the incompressible liquid has lubricating properties.
dadurch gekenneichnet,
daß im Bereich des Bewegungsweges des Kolbens (2) und der Mitte der Membran (6) ein Endlagenmelder (15 bzw. 16) vorgesehen ist, durch den bei Erreichen der jeweiligen Endlage der Erregungszustand umkehrbar ist.8. diaphragm pump according to one of claims 1 to 7,
characterized gekenneichnet,
that in the area of movement of the piston (2) and the center of the membrane (6) an end position indicator (15 or 16) is provided, by means of which the excitation state can be reversed when the respective end position is reached.
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Erregerspulen (7, 8) im Gegentakt angesteuert werden.9. diaphragm pump according to one of claims 2 to 8,
characterized by
that the two excitation coils (7, 8) are driven in push-pull.
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Steuerung der Strömung eines Mediums durch einen Verbraucher die Medium-Hubkammer (12) an einer Stirnseite von dem zum Verbraucher strömenden Medium und die andere Medium-Hubkammer (13) an der anderen Stirnseite von dem von dem Verbraucher abströmenden Medium durchströmt werden.10. diaphragm pump according to one of claims 1 to 9,
characterized by
that to control the flow of a medium through a consumer, the medium lifting chamber (12) on one end face of the medium flowing to the consumer and the other medium lifting chamber (13) on the other end face are flowed through by the medium flowing out of the consumer.
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bilanzierungssteuerung der Strömung eines Mediums durch einen Verbraucher (D) zwei Pumpen (P1, P2) vorgesehen sind, die im Gegentakt arbeiten und bei denen jeweils die Medium-Hubkammer (12) an der einen Stirnseite von dem zum Verbraucher strömenden Medium und die andere Medium-Hubkammer (13) an der anderen Stirnseite von dem von dem Verbraucher abströmenden Medium durchströmt werden.11. Diaphragm pump according to one of claims 1 to 9,
characterized by
that for balancing the flow of a medium through a consumer (D) two pumps (P1, P2) are provided, which work in push-pull and in each of which the medium-lifting chamber (12) on one end face from to Medium flowing consumer and the other medium-lifting chamber (13) on the other end face are flowed through by the medium flowing out of the consumer.
dadurch gekennzeichnet,
daß die inkompressible Flüssigkeit frei von für das gewaschene Blut toxischen und anderen schädlichen Eigenschaften ist.13. Application according to claim 12,
characterized by
that the incompressible liquid is free from properties which are toxic to the washed blood and other harmful properties.
dadurch gekennzeichnet,
daß die inkompressible Flüssigkeit das Frischdialysat verfärbende Eigenschaften besitzt.14. Application according to claim 12 or 13,
characterized by
that the incompressible liquid has the discoloring properties of the fresh dialysate.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventile (20, 30) in die Abdeckplatte (9) von außen einschraubbar sind und am anderen Ende zum Anschluß von Schläuchen ausgebildet sind.15. Application according to one of claims 12 to 14,
characterized by
that the valves (20, 30) can be screwed into the cover plate (9) from the outside and are designed at the other end for connecting hoses.
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