EP2544735A1 - Antriebssystem mit torsionskupplung - Google Patents

Antriebssystem mit torsionskupplung

Info

Publication number
EP2544735A1
EP2544735A1 EP10782564A EP10782564A EP2544735A1 EP 2544735 A1 EP2544735 A1 EP 2544735A1 EP 10782564 A EP10782564 A EP 10782564A EP 10782564 A EP10782564 A EP 10782564A EP 2544735 A1 EP2544735 A1 EP 2544735A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling element
load
coupling
drive system
clutch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10782564A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Krater
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fresenius Kabi Deutschland GmbH
Original Assignee
Fresenius Kabi Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fresenius Kabi Deutschland GmbH filed Critical Fresenius Kabi Deutschland GmbH
Priority to EP10782564A priority Critical patent/EP2544735A1/de
Publication of EP2544735A1 publication Critical patent/EP2544735A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
    • A61M5/16831—Monitoring, detecting, signalling or eliminating infusion flow anomalies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1407—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • G01L3/1421—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using optical transducers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
    • A61M5/16831—Monitoring, detecting, signalling or eliminating infusion flow anomalies
    • A61M2005/16863—Occlusion detection
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
    • A61M5/16831—Monitoring, detecting, signalling or eliminating infusion flow anomalies
    • A61M2005/16863—Occlusion detection
    • A61M2005/16868—Downstream occlusion sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/10—General characteristics of the apparatus with powered movement mechanisms
    • A61M2205/103—General characteristics of the apparatus with powered movement mechanisms rotating
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
    • A61M2205/3306—Optical measuring means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
    • A61M2205/3365—Rotational speed
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/14212—Pumping with an aspiration and an expulsion action
    • A61M5/14228—Pumping with an aspiration and an expulsion action with linear peristaltic action, i.e. comprising at least three pressurising members or a helical member
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/14212—Pumping with an aspiration and an expulsion action
    • A61M5/14232—Roller pumps
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/145—Pressure infusion, e.g. using pumps using pressurised reservoirs, e.g. pressurised by means of pistons
    • A61M5/1452—Pressure infusion, e.g. using pumps using pressurised reservoirs, e.g. pressurised by means of pistons pressurised by means of pistons

Definitions

  • the invention relates to a drive system with a drive, a clutch and a load, wherein the load is connected via the coupling to the drive.
  • the invention relates to a drive for medical
  • Clutch having load connected to the drive are well known.
  • drive systems which have an electric motor, a clutch and a pump driven by the electric motor via the clutch.
  • peristaltic pumps or roller pumps are used, the continuous promotion of a
  • Enable nutritional solution The feeding of the nutritional solution takes place in this case in cooperation of the pump with a supply line, usually a hose.
  • pressure sensors which measure the pressure within the feed line.
  • An occlusion can be recognized by the fact that the measured pressure is outside of a normal value range.
  • pressure sensors that can measure the pressure within the feed line, for example, piezo elements, strain gauges or capacitive sensors are known. Measuring devices that make it possible to reliably measure the pressure within the supply line, however, associated with significant costs. Because of this, for example, in enteral pumps, where such monitoring does not necessarily exist, dispensed with such measuring devices.
  • US2002042953A1 discloses a drive system with a DC electric motor and a syringe pump.
  • the drive system is arranged to measure the motor current of the DC electric motor while the DC motor drives the syringe pump.
  • the measured motor current reflects the load applied to the DC electric motor by the syringe pump.
  • Motor current is a threshold, it detects an occlusion and triggers an alarm.
  • the US 2007/0000336 AI discloses a coupling with two relatively rotatable about a fixed axis coupling elements whose relative rotation is measurable by means of sensors.
  • the measuring signals give that
  • WO 01/072357 A3 discloses a pump with a drive, wherein the drive is rotatably mounted about an angular portion and is held by a bending strip in a starting position. Increases the torque, for example, that in a hose, through the one
  • Fluid is pumped, is locked, depending on the height of Derhmomentes the bending strip bent.
  • the strength of the deformation is determined by a sensor. From the measuring signals, the torque can be derive that acts on the drive, from which draw conclusions on the inner tube pressure can be drawn.
  • the drive system comprises a drive, a load, a clutch and a measuring device, wherein the clutch is adapted such that it transmits a movement generated by the drive to the load, the clutch having a drive-side first coupling element and a load-side second Coupling element has, and the coupling is arranged such that the first coupling element and the second coupling element their position as a function of the load on the
  • the measuring device is arranged such that it measures a change in the position of the first coupling element relative to the second coupling element.
  • the coupling in conjunction with the measuring device allows a
  • Load conditions of the pump are detected.
  • a pressure change occurring in a supply line in communication with the pump can be detected.
  • the fact that the load is measured within the measuring chain after the drive eliminates the drive from the measuring chain. This can be changes in the properties of the drive, for example, by wear and tear of a for
  • the drive system is set up such that the first
  • Coupling element and the second coupling element at a load exerted by the load on the clutch transition from a starting position to a loading position in which the position of the first coupling element is changed relative to the second coupling element, and in a loss of load, the first coupling element and the second
  • Coupling elements can return from a starting position to a load position and back to the starting position, it can be ensured that the first coupling element and the second coupling element occupy depending on the load defined relative positions.
  • Coupling element the previous relative position. This allows the relative position of the first coupling element and second
  • Coupling element values are assigned, which clearly reflect the load imposed on the clutch by the load.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the first coupling element and the second coupling element are connected to each other and movable against each other by at least one spring element, wherein the at least one spring element is elastically deformed at a load exerted by the load on the clutch.
  • the first coupling element and the second coupling element are connected to each other via at least one elastically deformable spring element can be ensured that the first coupling element and the second coupling element in response to the load acting on the clutch to each other defined, occupy unique positions.
  • a provision of the first and the second coupling element can be effected by the spring element.
  • the term "spring element" is intended in this context to include all elastically deformable elements, such as compression springs, tension springs, torsion springs, elastomer springs, spiral springs, air springs or gas springs, this list is not exhaustive.
  • Coupling element and / or the second coupling element are formed in the form of a disc. This allows a compact, space-saving design of the clutch.
  • the drive system additionally comprises a control device, wherein the control device is set up in such a way that it checks on the basis of the measured values of the measuring device a) whether a value measured by the measuring device is within a predetermined value range and, in the event that the value is outside the range of values, reduces the motion generated by the drive, stops the movement generated by the drive and / or outputs a signal, b) the angular position, c) the direction of rotation and / or d) the speed determined the first coupling element and / or the second coupling element.
  • load-side abnormalities can be detected by evaluating the measured values measured by the measuring device.
  • an occlusion in a supply line can be detected, which is characterized by an increased load on the
  • the range of values may be defined by a threshold value stored in the control device that corresponds to a load value corresponding to an occlusion.
  • Threshold may be different by the controller
  • Measures are initiated, such as a shutdown or
  • Coupling element and the second coupling element are flexibly connected to each other, so that an angular and / or axial offset between the first coupling element and the second coupling element can be compensated.
  • the coupling according to the invention thus realized in addition to the transmission of torque from the drive to the load three other functions.
  • the coupling enables the measurement of the rotational speed, the angular position and the direction of rotation, in particular of the load-side, second coupling element.
  • the coupling allows the measurement of the torque in order, if, which is preferred, the load is a peristaltic pump, in particular a roller pump, the measurement of a hose internal pressure.
  • the coupling can compensate for angular and axial misalignment.
  • the drive is preferably an electric motor. It is particularly preferred that a stepping motor or a DC motor is used as the drive.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of a drive system according to the invention
  • FIG. 2 shows a measuring device of the drive system.
  • FIG. 4 is a perspective view of a detail of FIG.
  • Fig. 6 is a perspective view of the first and second
  • FIG. 7 is a perspective view of the first coupling element.
  • FIG. 8 is an alternative embodiment of the coupling of FIG.
  • FIG. 9 shows the alternative embodiment of the invention shown in FIG.
  • FIG. 10 shows the first coupling element of the coupling shown in FIG. 8 in a perspective view
  • FIG. 11 shows the second coupling element of FIG. 8.
  • FIG. 13 shows the alternative embodiment of the invention shown in FIG. 13
  • FIG. 14 shows the alternative embodiment of the invention shown in FIG.
  • Coupling in a further perspective view, 15 is a furthermoresfornn a clutch of the drive system according to the invention in a schematic representation,
  • Fig. 16 is a schematic side view of the coupling 3 with a
  • FIG. 17 is a plan view of the device shown in FIG. 16; FIG.
  • FIG. 18 is a first diagram showing a waveform at a first torque measured by the measuring device
  • 19 shows a second diagram which shows a signal curve measured by means of the measuring device at a second torque, wherein the second torque is greater than the first torque.
  • Fig. 1 shows schematically an embodiment of a drive system according to the invention.
  • the drive system comprises a drive 1, a load 2, a clutch 3, a measuring device 4 and a control device 17.
  • the clutch 3 is set up such that it transmits a movement generated by the drive 1 to the load 2.
  • the clutch 3 comprises a drive-side first coupling element 5 and a load-side
  • Coupling element 6 The first coupling element 5 and the second
  • Coupling element 6 are connected in this embodiment by at least one elastically deformable spring element, wherein the spring element is shown symbolically in FIG. 1 by a coil spring 7.
  • the measuring device 4 is set up such that it changes the
  • Coupling element 6 measures.
  • the measured values recorded by the measuring device 4 are transmitted to the control unit 17 and evaluated by the latter. Depending on the result of the evaluation, the
  • Control unit 17 initiate measures, for example, give a signal and / or stop the drive 1 and / or the drive 1 in his
  • Figures 4 and 5 show a section of the drive system in two perspective views.
  • first coupling element 5 and the second coupling element 6 are disc-shaped with substantially
  • Coupling element 5 is fixedly connected at its center to a first shaft 18 (shown schematically in FIG. 1) of the drive 1, the second one
  • Coupling element 6 is fixedly connected to a second shaft 19 belonging to the load 2.
  • the first coupling element 5 and the second coupling element 6 are identical.
  • the coupling 3 comprises three spring elements, here three tension springs 8, which in a substantially common plane in a recessed inner region of the second coupling element. 6 arranged circumferentially about an axis of rotation 10 and with one end to the first coupling element 5 and with the other end to the
  • Coupling element 6 are connected. This allows the first one
  • Coupling element 5 the other end of a tension spring 8 connected to a second pin 20 of the second coupling element 6 hooked.
  • tension springs 8 may be relaxed in the starting position, or, which is preferred and as implemented in this embodiment, be biased.
  • the bias determines the minimum measurable by means of the clutch 3 force or the minimum measurable torque.
  • the tension springs 8 cause a power transmission between the first
  • Fig. 4 illustrates the ideal case, the first coupling element 5 and second coupling element 6 lie on a common axis of rotation 10. In the context of this invention, however, a slight offset of the axes of rotation associated with the coupling elements 5, 6 should also be understood to be at most 10 °, preferably at most 5 °, as "arranged on a common axis of rotation".
  • a rotational movement generated by the drive 1 is transmitted via the clutch 3 to the load 2.
  • the rotational ratio of the clutch 3 is due to the structure of the clutch 3, the motor side and the load side 1: 1.
  • a load side exerted load of the clutch 3 causes against the
  • the tension springs 8 cause in a reduction of the load, the provision of the two coupling elements 5, 6, in the absence of stress in particular the
  • the clutch 3 comprises a stop which controls the relative rotation of the
  • the stop is formed by the respective two ends 28, 29 of three elongated openings 30 in the second coupling element 6, see Figures 6, 7.
  • An opening 30 is penetrated in each case by a first pin 21.
  • the first pin 21 are pressed by the restoring force of the tension springs 8 against the respective first end 28, upon rotation of the coupling elements 5, 6, the first pin 21 against the restoring force of the tension springs 8 against the second end 29 moves , The stop prevents overstressing or underloading of the tension springs 8.
  • the first coupling element 5 comprises three scenes 22.
  • the scenes 22 are three scenes 22.
  • the second coupling element 6 has three ringdome 23 in the
  • Screw domes 23 screwed cylinder head screws 31, wherein in each case a screw 31, a gate 22 passes through.
  • Rotary axes of the coupling elements 5, 6 can be compensated.
  • the screws 23 in conjunction with the scenes 22 serve as an assembly aid, in the operation of the clutch 3, contact between screws 23 and link 22 largely, preferably completely, avoided. It is preferred that a contact of the two coupling elements 5, 6 only by the
  • Screws 23 may be formed as stops which limit the rotation of the first coupling element 5 against the second coupling element 6 in one or both directions.
  • these functions can also be realized by other elements, for example by pins which are arranged according to the screw domes 23 on the second coupling element and pass through the scenes 22.
  • the measuring device 4 comprises three light barriers 13a, 13b, 13c, by means of which the relative position of the first coupling element 4 and the second coupling elements 6 can be determined.
  • the light barriers 13a, 13b, 13c each comprise a light source 24 and a photodiode 25 opposite the respective light source.
  • the first light barrier 13a is arranged on a first track 14a of the first coupling element 5, the second light barrier 13b on a second track 14b and the third light barrier 13 c arranged on a third track 14 c of the second coupling element 6.
  • the tracks 14a, 14b, 14c are arranged in the edge area of the coupling elements 5, 6 and are formed in each case by alternating, closed areas 15 and open areas 16 running on a circular path.
  • the light barriers 13a, 13b, 13c Upon rotation of the coupling elements 5, 6, the light barriers 13a, 13b, 13c in alternately opened by the formation of the open areas 15 and closed areas 16 time intervals and
  • time-dependent signal change is detected by the measuring device 4.
  • Fig. 2 shows a first diagram in which the means of the first
  • Photoelectric sensor 13a measured signal Sl and that by means of the second
  • Photocell 13b measured signal S2 at a caused by the drive 1 constant rotational movement of the coupling elements 5, 6 on the
  • Light barrier 13a, 13b closed, so the signal value of the signals Sl, S2 decreases.
  • the waveform depends on the formation of the tracks
  • Coupling element 6 this is expressed in a time shift or phase shift of the signals Sl, S2 to signals Sl ', S2', see Figure 3.
  • the relative time shift or phase difference is dependent on the
  • the relative time shift of the signals Sl, S2 can be unambiguously assigned in this way to a load exerted by the load 2 on the clutch 3.
  • a photoelectric barrier can be used, both by the first track 14a of the first coupling element 5 and by the second
  • Lane 14b of the second coupling element 6 can be opened and closed.
  • the open and closed portions 15, 16 of the tracks 14a, 14b are formed such that a rotation of the first coupling element 5 relative to the second coupling element 6, a change of the closed and open portions of the overlapping
  • Tracks 14a, 14b causes.
  • Photocell is open or closed, resulting in a
  • load-dependent signal waveform can be closed by the evaluation of the load acting on the clutch 3 by the load 2.
  • the third track 14c which is offset by an angle to the second track 14b
  • the determination of the position of the second coupling element 6 makes it possible to determine the state of the load 2, for example the instantaneous position of a pump used as load 2. By increasing the number of closed and open areas on a track, the accuracy of such a
  • Position determination can also be increased.
  • one or more Hall sensors can be used.
  • the tracks 14a, 14b are formed in this case by alternating magnetic and non-magnetic regions.
  • capacitive or tactile sensors is possible.
  • the signals received by the measuring device 4 are for the purpose of
  • control device 17 is in this case part of the drive system, but may for example alternatively be an external device. Measuring device 4 and control device
  • control device 17 may be separate or at least partially integrated in a common electronics.
  • the control device 17 is set up in such a way that it checks whether a value measured by the measuring device lies within a predetermined value range and, if the value lies outside the value range, initiates one or more measures.
  • the range of values may be defined by a minimum value and / or a maximum value, in particular a lower threshold value and / or an upper threshold value.
  • the control device 17 preferably comprises a CPU for the evaluation of the measured data, the specified values are preferably stored in a memory of the control device 17.
  • a threshold value is stored in the control device 17, which represents a maximum load on the clutch 3 by the load 2. It is also possible to deposit a plurality of threshold values which represent a plurality of load stages of the clutch 3 through the load 2.
  • the control device 17 is set up such that, during operation of the drive system, it continuously checks whether the load values resulting from the evaluation of the signals measured by the measuring device 5 exceed the threshold value or the threshold values. If this is the case, be through the
  • Control device 17 measures initiated, for example, the shutdown of the drive or a reduction of the drive speed, and / or the
  • Delivering a signal such as an acoustic signal or a visual signal.
  • the measured value can be displayed, for example as a time-dependent torque.
  • the drive 1 is here an electrically operated stepper motor.
  • a stepper motor represents a particularly cost-effective drive 1. Alternatively, it is
  • a DC motor either with a contact brush or brushless, can be used.
  • the motor current can be used to additionally measure a load caused by the load 2.
  • the drive 1 can be formed by any type of motor.
  • the load 2 is a medical pump in this embodiment.
  • the pump may be a roller pump or a peristaltic pump.
  • the described drive system can be used with any type of load 2.
  • the threshold value stored in the control device 17 corresponds to the value of a load exerted by the medical pump on the clutch 3, if in a connected to the medical pump
  • Supply line occlusion occurs. If an occlusion occurs in the supply line, the load value obtained from the measurement signals exceeds the threshold value, whereby the control device 17 recognizes occlusion.
  • Figures 8 to 11 show an alternative embodiment of a clutch 3.
  • compression springs 9 are used as spring elements.
  • the stop is formed by formed on the first coupling element 5, the second coupling element 6 facing first webs 32 and formed on the second coupling element 6, the first coupling element 5 facing second webs 33.
  • the first webs 32 are due to the bias of the compression springs 9 to the second webs 33 at. In one the bias of the compression springs 9 exceeds
  • the second coupling element 6 has a plurality of stiffening ribs
  • stiffening structure 34 which stiffened the second coupling element 6.
  • Such a stiffening structure is particularly suitable for coupling elements, which are made of a plastic. Also
  • Metal coupling elements can basically with a
  • the clutch 3 corresponds to the clutch 3 described in the first embodiment.
  • Spring elements are used, for example gas springs,
  • Elastomeric springs torsion springs, torsion springs or air springs.
  • the drive system according to the invention does not necessarily require the use of a certain type of spring element, basically any spring elements can be used. Furthermore, the number of used
  • Spring elements vary. To which one or more spring elements can be used, which can be loaded both on train and on pressure. This makes it possible to record loads for both directions of rotation of the clutch 3, in particular the exceeding of maximum loads.
  • Figures 12 to 14 show a further alternative embodiment of the clutch 3.
  • the tracks 14a and 14b are mutually adjustable.
  • a plurality of elongated holes 26 are provided, which allow twisting and fixing of the tracks 14a, 14b in a predetermined by the slots 26 angle range relative to a respective support member 27 of the first coupling element 5 and the second coupling element 6.
  • the mounting screws have been omitted for clarity.
  • the adjustment of the tracks 14a, 14b makes it possible to change the phase difference of the signals S1, S2, see Figures 2, 3. This makes it possible, for example, to set the tracks 14a, 14b such that the time difference between the two signals S1, S2 is the shortest at maximum load.
  • the drive system can be optimized in this way, for example, for the detection of maximum loads.
  • FIG. 15 shows a further embodiment of a coupling 3 in a schematic exploded view. The presentation is on the first one
  • the first coupling element 5 comprises two first wedge-shaped projections 35 formed on the side facing the second coupling element
  • the second coupling element 6 comprises two second wedge-shaped projections 36 formed on the side facing the first coupling element 6
  • the first wedge-shaped projections 35 are substantially opaque to the second wedge-shaped projections 36.
  • Coupling elements 5, 6 are axially biased against each other along the axis of rotation 10 with one or more spring elements not shown here, so that an increase in the distance between the
  • Coupling elements 5, 6 takes place against the restoring force of the spring elements.
  • the distance between the two coupling elements 5, 6 is a measure of the load exerted by a load 2 on the clutch 3.
  • Sensors for measuring the distance are well known to those skilled in the art. The measured values recorded with the sensors can be used as described above
  • Coupling elements 5, 6 are also other forms for the coupling elements
  • the coupling elements 5, 6 are formed by two cylinders running into each other, which, as described in the preceding embodiments, are connected to each other by one or more spring elements.
  • the coupling 3 according to the invention realized in addition to the transmission of the
  • the coupling 3 makes it possible to measure the rotational speed, the angular position and the direction of rotation, in particular of the load-side, second coupling element
  • the clutch 3 allows the measurement of the torque in order, if, which is preferable, the load is a peristaltic pump, the measurement of a hose internal pressure. Furthermore, the clutch 3 can compensate for angular and axial misalignment.
  • the measurement of rotational speed, the angular position and the direction of rotation is made possible by increments on one side of the torque clutch 3, here by increments of the load-side second coupling element 6.
  • the second lane 14b and the third track 14c realized on one side, see Figs. 16 and 17.
  • the second track 14b and the third track 14c each have 8 increments (four open and four closed sections).
  • the increment of the first track 14, which is realized for torque measurement on the other, drive-side coupling half 5 agrees with the increments of the second track 14b in number and duty cycle for simplified signal evaluation by hardware linkage.
  • Fig. 16 and 17 show symbolically a pump with four with the same
  • Angular distance arranged rollers 37 of a roller pump which is driven via the clutch 3 by means of the drive 1 and by means of which can be pumped through a hose 38, a fluid.
  • the number of rollers 37 and the number of increments of the second track 14b and third track 14c are coupled to the number of rollers 37, in this case, twice the number of rollers.
  • a matching number of increments and rolls 37 as well as other multiples (triple, quadruple, etc.) are also possible.
  • the control device 17 is set up such that, from the values measured by means of the measuring device 4, it determines the angular position, the
  • Direction of rotation and the speed of the second coupling element 6 can determine. By measuring the angular position, a pumping mechanism used as a load can be purposefully stopped. This is used to
  • Figs. 18 and 19 show those on the tracks 14a, 14b and 14c
  • FIG. 18 shows a signal course at a low inner tube pressure
  • FIG. 19 shows a signal course at a high inner tube pressure.
  • the measurement signal S2 corresponds to the track 14b
  • the measurement signal S4 is the difference of the signal Sl of the first track 14a and the signal S2 of the second track 14b.
  • Light interruption high. It follows that a positive edge (low / high) a light / dark transition from transmitted light to light interruption
  • Second coupling element 6 is obtained, since the second track 14b and the third track 14c are offset from each other, a characteristic decimal
  • Step error for example, a stalling of the engine can be recognized by the fact that the last value of the sequence is repeated
  • the torque acting between the load 2 and the drive 1 is measured by rotating the positions of the two coupling halves 5, 6 relative to each other.
  • the engine-side disc 5 is fixedly connected to this and rotates at a constant speed.
  • the signal of the first track 14a is uniform in time.
  • the torque is transmitted through the three compression springs 9 between the two coupling halves 5, 6.
  • Variation of the load torque changes the phase position of the first track 14a to the second track 14b.
  • the forming angular offset between the first track 14a and the second track 14b is directly proportional to the applied torque.
  • the first track 14a is subtracted with the second track 14b (logical AND link).
  • This difference signal S4 can be measured with little effort with a resolution of 0.2 ms.
  • the time difference of the two channels Sl (first lane 14a) and S2 (second lane 14b) is the shortest.
  • Torque clutch 3 the timing of the minicolor is slightly varied and insignificant for applications of enteral nutritional solution. For each revolution of the impeller, each case (with or without torque clutch 3) will receive the same amount, i. E. the same
  • Pump impellers with a smaller or larger number of pump rollers 37 are used, for example, with five or six pump rollers 37.
  • the number of increments of the tracks 14a, 14b, 14c and the position of the light barriers 13a, 13b, 13c are in such a case as described above adjusted accordingly.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)
  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem Antrieb, einer Kupplung und einer Last, wobei die Last über die Kupplung mit dem Antrieb verbunden ist. Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfasst einen Antrieb (1), eine Last (2), eine Kupplung (3) und eine Messvorrichtung (4), wobei die Kupplung (3) derart eingerichtet ist, dass diese eine von dem Antrieb (1) erzeugte Bewegung auf die Last (2) überträgt, wobei die Kupplung (3) ein antriebsseitiges erstes Kupplungselement (5) und ein lastseitiges zweites Kupplungselement (6) aufweist, und die Kupplung (3) derart eingerichtet ist, dass das erste Kupplungselement (5) und das zweite Kupplungselement (6) ihre Stellung in Abhängigkeit einer von der Last (2) auf die Kupplung (3) ausgeübten Belastung zueinander verändern, und die Messvorrichtung (4) derart eingerichtet ist, dass diese eine Änderung der Stellung des ersten Kupplungselementes (5) relativ zum zweiten Kupplungselement (6) misst.

Description

ANTRIEBSSYSTEM MIT TORSIONSKUPPLUNG
Beschreibung
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem Antrieb, einer Kupplung und einer Last, wobei die Last über die Kupplung mit dem Antrieb verbunden ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Antrieb für medizinische
Pumpen.
Stand der Technik
[0002] Antriebssysteme, die einen Antrieb, eine Kupplung und eine über die
Kupplung mit dem Antrieb verbundene Last aufweisen sind allgemein bekannt. Beispielsweise sind in der Medizintechnik Antriebssysteme bekannt, die einen Elektromotor, eine Kupplung und eine von dem Elektromotor über die Kupplung angetriebene Pumpe aufweisen. Im Bereich der enteralen und der parenteralen Ernährung werden beispielsweise Peristaltikpumpen oder Rollenpumpen eingesetzt, die eine kontinuierliche Förderung einer
Ernährungslösung ermöglichen. Die Förderung der Ernährungslösung erfolgt in diesem Fall in Zusammenwirkung der Pumpe mit einer Zuführleitung, üblicherweise einem Schlauch.
[0003] Um einen Fehler, beispielsweise eine Okklusion, in einer für die Zuführung der Ernährungslösung oder auch von Medikamenten verwendeten Zuführleitung zu detektieren, ist es bekannt, Drucksensoren einzusetzen, die den Druck innerhalb der Zuführleitung messen. Eine Okklusion lässt sich dadurch erkennen, dass der gemessene Druck außerhalb eines üblichen Wertebereiches liegt. Als Drucksensoren, die innerhalb der Zuführleitung den Druck messen können, sind beispielsweise Piezoelemente, Dehnungsmessstreifen oder kapazitive Sensoren bekannt. Messvorrichtungen, die es ermöglichen, zuverlässig den Druck innerhalb der Zuführleitung zu messen, sind allerdings mit deutlichen Kosten verbunden. Aufgrund dessen wird beispielsweise bei enteralen Pumpen, bei denen eine derartige Überwachung nicht zwingend vorhanden sein muss, auf derartige Messvorrichtungen verzichtet.
[0004] Die US2002042953A1 offenbart ein Antriebssystem mit einem Gleichstromelektromotor und einer Spritzenpumpe. Das Antriebsystem ist derart eingerichtet, dass der Motorstrom der Gleichstromelektromotors gemessen wird, während der Gleichstrommotor die Spritzenpumpe antreibt. Der gemessene Motorstrom gibt die durch die Spritzenpumpe auf den Gleich- Stromelektromotor wirkende Belastung wieder. Überschreitet der gemessene
Motorstrom einen Schwellenwert, wird auf eine Okklusion erkannt und ein Alarm ausgelöst.
[0005] Die US 2007/0000336 AI offenbart eine Kupplung mit zwei relativ zueinander um eine feste Achse verdrehbaren Kupplungselementen, deren relative Verdrehung mittels Sensoren messbar ist. Die Messsignale geben das
Drehmoment wieder, das auf die Kupplung wirkt.
[0006] Die WO 01/072357 A3 offenbart eine Pumpe mit einem Antrieb, wobei der Antrieb um einen Winkelabschnitt drehbar gelagert ist und durch einen Biegestreifen in einer Ausgangsposition gehalten wird. Erhöht sich das Drehmoment beispielsweise dadurch, dass in ein Schlauch, durch den ein
Fluid gepumpt werden soll, versperrt ist, wird je nach Höhe des Der- hmomentes der Biegestreifen verbogen. Die Stärke der Deformation wird über einen Sensor ermittelt. Aus den Messsignalen lässt sich das Drehmoment ableiten, dass auf den Antrieb wirkt, woraus sich Rückschlüsse auf den Schlauchinnendruck ziehen lassen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
[0007] Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfasst einen Antrieb, eine Last, eine Kupplung und eine Messvorrichtung, wobei die Kupplung derart eingerichtet ist, dass diese eine von dem Antrieb erzeugte Bewegung auf die Last überträgt, wobei die Kupplung ein antriebsseitiges erstes Kupplungselement und ein lastseitiges zweites Kupplungselement aufweist, und die Kupplung derart eingerichtet ist, dass das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement ihre Stellung in Abhängigkeit einer von der Last auf die
Kupplung ausgeübten Belastung zueinander verändern, und die Messvorrichtung derart eingerichtet ist, dass diese eine Änderung der Stellung des ersten Kupplungselementes relativ zum zweiten Kupplungselement misst.
[0008] Die Kupplung in Verbindung mit der Messvorrichtung ermöglicht eine
kostengünstige und zuverlässige Messung der an der Kupplung anliegenden
Belastung. Ist beispielsweise die Last eine Pumpe, können mittels der erfindungsgemäßen Kupplung und Messvorrichtung unterschiedliche
Belastungszustände der Pumpe erfasst werden. Im Falle einer Rollenpumpe oder Peristaltikpumpe kann beispielsweise eine sich in einer mit der Pumpe in Verbindung stehenden Zuführleitung auftretende Druckänderung erkannt werden. Beispielsweise ist es auf diese Weise möglich, eine Okklusion in der Zuführleitung zu erkennen. Des Weiteren ist dadurch, dass die Messung der Belastung innerhalb der Messkette nach dem Antrieb erfolgt, der Antrieb aus der Messkette eliminiert. Damit können Änderungen der Eigenschaften des Antriebs, die beispielsweise durch Abnutzungserscheinungen eines zum
Antrieb gehörenden Motors und/oder einer Getriebeeinheit verursacht werden können, das Messergebnis nicht beeinflussen und somit als Fehlerquelle ausgeschlossen werden.
[0009] Vorzugsweise ist das Antriebssystem derart eingerichtet, dass das erste
Kupplungselement und das zweite Kupplungselement bei einer von der Last auf die Kupplung ausgeübten Belastung von einer Ausgangsstellung in eine Belastungsstellung übergehen, in der die Stellung des ersten Kupplungselementes relativ zum zweiten Kupplungselement verändert ist, und bei einem Wegfall der Belastung das erste Kupplungselement und das zweite
Kupplungselement in ihre Ausgangsstellung zurückkehren. Dadurch, dass die
Kupplungselemente von einer Ausgangsstellung in eine Belastungsstellung und zurück in die Ausgangsstellung kehren können, kann gewährleistet werden, dass das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement abhängig von der Belastung definierte relative Stellungen einnehmen.
Beispielsweise nehmen bei einer erneuten Belastung, die der vorherigen
Belastung entspricht, das erste Kupplungselement und das zweite
Kupplungselement die vorhergehende relative Stellung ein. Damit können der relativen Stellung von ersten Kupplungselement und zweiten
Kupplungselement Werte zugeordnet werden, die die durch die Last auf die Kupplung ausgeübte Belastung eindeutig wiedergeben.
[0010] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement durch mindestens ein Federelement miteinander und gegeneinander beweglich verbunden sind, wobei das mindestens eine Federelement bei einer von der Last auf die Kupplung ausgeübten Belastung elastisch deformiert wird. Dadurch, dass erstes Kupplungselement und zweites Kupplungselement miteinander über mindestens ein elastisch deformierbares Federelement verbunden sind, kann gewährleistet werden, dass das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement in Abhängigkeit der auf die Kupplung wirkenden Belastung zueinander definierte, eindeutige Stellungen einnehmen. Insbesondere kann durch das Federelement eine Rückstellung des ersten und des zweiten Kupplungselementes bewirkt werden. Der Begriff„Federelement" soll in diesem Zusammenhang alle elastisch deformierbaren Elemente umfassen, beispielsweise Druckfedern, Zugfedern, Torsionsfedern, Elastomerfedern, Biegefedern, Luftfedern oder Gasdruckfedern, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
[0011] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das erste
Kupplungselement und/oder das zweite Kupplungselement in Form einer Scheibe ausgebildet sind. Dies ermöglicht einen kompakten, raumsparenden Aufbau der Kupplung.
[0012] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Antriebssystem zusätzlich eine Steuervorrichtung umfasst, wobei die Steuereinrichtung derart eingerichtet ist, dass diese anhand der von der Messvorichtung gemessenen Werte a) überprüft, ob ein von der Messvorrichtung gemessener Wert in einem vorgegebenen Wertebereich liegt, und im Falle dessen, dass der Wert außerhalb des Wertebereiches liegt, die vom Antrieb erzeugte Bewegung reduziert, die vom Antrieb erzeugte Bewegung stoppt und/oder ein Signal abgibt, b) die Winkelstellung, c) die Drehrichtung und/oder d) die Drehzahl des ersten Kupplungselementes und/oder des zweiten Kupplungselementes ermittelt. Über die Auswertung der von der Messvorrichtung gemessenen Messwerte lassen sich insbesondere lastseitige Anormalitäten erkennen.
Beispielsweise kann auf diese Weise eine Okklusion in einer Zuführleitung erkannt werden, die sich durch eine erhöhte Belastung der mit der
Zuführleitung verbundenen Pumpe und damit einer auf die Kupplung erhöhten Belastung äußert. Beispielsweise kann der Wertebereich durch einen in der Steuervorrichtung hinterlegten Schwellenwert definiert sein, der einem einer Okklusion entsprechenden Belastungswert entspricht. Beim Überschreiten des
Schwellenwertes können durch die Steuervorrichtung verschiedene
Maßnahmen eingeleitet werden, beispielsweise ein Abschalten oder
Reduzierung des Antriebs und/oder eine Signalisierung, beispielsweise akustisch oder visuell.
[0013] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das erste
Kupplungselement und das zweite Kupplungselement flexibel miteinander verbunden sind, so dass ein Winkel- und/oder Achsversatz zwischen dem ersten Kupplungselement und dem zweiten Kupplungselement ausgeglichen werden kann.
[0014] Die erfindungsgemäße Kupplung realisiert somit neben der Übertragung des Drehmomentes vom Antrieb zur Last drei weitere Funktionen. Zum einen ermöglicht die Kupplung die Messung der Drehzahl, der Winkelstellung und der Drehrichtung insbesondere des lastseitigen, zweiten Kupplungselementes. Des Weiteren ermöglicht die Kupplung die Messung des Drehmomentes um damit, falls, was bevorzugt ist, die Last eine Schlauchpumpe ist, insbesondere eine Rollenpumpe ist, die Messung eines Schlauchinnendruckes. Des Weiteren kann die Kupplung einen Winkel- und Achsversatz ausgleichen. Die
erfindungsgemäße Kupplung ermöglicht damit, mehrere Funktionen kostengünstig und raumsparend in einem Mechanismus zu integrieren. [0015 Der Antrieb ist vorzugsweise ein Elektromotor. Besonders bevorzugt ist, dass ein Schrittmotor oder ein Gleichstrommotor als Antrieb verwendet wird.
[0016 Die abhängigen Ansprüche geben weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
[0017 Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die durch mehrere Figuren dargestellt sind, näher beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
[0018 Es zeigt:
[0019 Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems,
[0020 Fig. 2 ein von der Messvorrichtung des Antriebssystems
aufgenommenes Signal in Abhängigkeit der Zeit bei einer Belastung der Kupplung des Antriebssystems in einer ersten Belastungshöhe,
[0021 Fig. 3 ein von der Messvorrichtung des Antriebssystems
aufgenommenes Signal in Abhängigkeit der Zeit bei einer Belastung der Kupplung in einer sich von der ersten
unterscheidenden zweiten Belastungshöhe,
[0022 Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des
Antriebssystems,
[0023 Fig. 5 eine weitere perspektivische Ansicht des Antriebssystems,
[0024 Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des ersten und zweiten
Kupplungselements des Antriebssystems,
[0025 Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des ersten Kupplungselementes, [0026 Fig. 8 eine alternative Ausführungsform der Kupplung des
Antriebssystems in einer Draufsicht,
[0027 Fig. 9 die in Fig. 8 gezeigte alternative Ausführungsform der
Kupplung in einer Seitenansicht,
[0028 Fig. 10 das erste Kupplungselement der in Fig. 8 gezeigten Kupplung in einer perspektivischen Ansicht,
[0029 Fig. 11 das zweite Kupplungselement der in Fig. 8 gezeigten
Kupplung in einer perspektivischen Ansicht,
[0030 Fig. 12 eine weitere alternative Ausführungsform einer Kupplung des erfindungsgemäßen Antriebssystems in einer Draufsicht,
[0031 Fig. 13 die in Fig. 12 gezeigte alternative Ausführungsform der
Kupplung in einer perspektivischen Ansicht,
[0032 Fig. 14 die in Fig. 12 gezeigte alternative Ausführungsform der
Kupplung in weiteren perspektivischen Ansicht, [0033] Fig. 15 eine weitere Ausführungsfornn einer Kupplung des erfindungsgemäßen Antriebssystems in einer schematischen Darstellung,
[0034] Fig. 16 eine schematische Seitenansicht der Kupplung 3 mit einem
Pumpenrad,
[0035] Fig. 17 eine Aufsicht auf die in Fig. 16 gezeigte Vorrichtung,
[0036] Fig. 18 ein erstes Diagramm, dass einen mittels der Messvorrichtung gemessenen Signalverlauf bei einem ersten Drehmoment zeigt,
[0037] Fig. 19 ein zweites Diagramm dass einen mittels der Messvorrichtung gemessenen Signalverlauf bei einem zweiten Drehmoment zeigt, wobei das zweite Drehmoment größer ist als das erste Drehmoment.
[0038] Beschreibung der Ausführungsformen
[0039] Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems. Das Antriebssystem umfasst einen Antrieb 1, eine Last 2, eine Kupplung 3, eine Messvorrichtung 4 und eine Steuervorrichtung 17. Die Kupplung 3 ist derart eingerichtet, dass diese eine von dem Antrieb 1 erzeugte Bewegung auf die Last 2 überträgt. Die Kupplung 3 umfasst ein antriebsseitiges erstes Kupplungselement 5 und ein lastseitiges
Kupplungselement 6. Das erste Kupplungselement 5 und das zweite
Kupplungselement 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch mindestens ein elastisch deformierbares Federelement verbunden, wobei das Federelement in der Fig. 1 symbolisch durch eine Schraubenfeder 7 dargestellt ist. Die Messvorrichtung 4 ist derart eingerichtet, dass diese eine Änderung der
Stellung des ersten Kupplungselementes 5 relativ zum zweiten
Kupplungselement 6 misst. Die von der Messvorrichtung 4 aufgenommenen Messwerte werden an die Steuereinheit 17 übertragen und von dieser ausgewertet. Abhängig von dem Ergebnis der Auswertung kann die
Steuereinheit 17 Maßnahmen einleiten, beispielsweise ein Signal abgeben und/oder den Antrieb 1 stoppen und/oder den Antrieb 1 in seiner
Antriebsgeschwindigkeit reduzieren. Andere Maßnahmen sind ebenfalls denkbar.
[0040] Die Figuren 4 und 5 zeigen einen Ausschnitt des Antriebsystems in zwei perspektivischen Ansichten.
[0041] In diesem Ausführungsbeispiel sind das erste Kupplungselement 5 und das zweite Kupplungselement 6 scheibenförmig mit im Wesentlichen
übereinstimmenden Außendurchmessern ausgebildet. Ein scheibenförmiger Aufbau zumindest eines der Kupplungselemente 5, 6 ermöglicht einen platzsparenden und kompakten Aufbau der Kupplung 3. Das erste
Kupplungselement 5 ist in seinem Zentrum fest mit einer ersten Welle 18 (in Fig. 1 schematisch dargestellt) des Antriebs 1 verbunden, das zweite
Kupplungselement 6 ist fest mit einer zur Last 2 gehörenden zweiten Welle 19 verbunden.
[0042] Das erste Kupplungselement 5 und das zweite Kupplungselement 6 sind
gegenüberliegend angeordnet. Die Kupplung 3 umfasst drei Federelemente, hier drei Zugfedern 8, die in einer im Wesentlichen gemeinsamen Ebene in einem ausgesparten Innenbereich des zweiten Kupplungselementes 6 umlaufend um eine Drehachse 10 angeordnet und mit einem Ende mit dem ersten Kupplungselement 5 und mit dem anderen Ende mit dem
Kupplungselement 6 verbunden sind. Dies ermöglicht es, das erste
Kupplungselement 5 gegen das zweite Kupplungselement 6 aus einer
Ausgangsstellung gegen eine zunehmende Rückstell kraft der Zugfedern 8 in einem Winkelbereich kontinuierlich zu verdrehen. Das eine Ende einer Zugfeder 8 ist jeweils mit einem ersten Zapfen 21 des ersten
Kupplungselementes 5, das andere Ende einer Zugfeder 8 mit einem zweiten Zapfen 20 des zweiten Kupplungselementes 6 einhakend verbunden.
[0043] Alternativ könnte nur eine oder zwei Zugfedern 8 eingesetzt werden, ebenso ist es möglich, mehr als drei Zugfedern 8 zu verwenden. Die Zugfedern 8 können in der Ausgangsstellung entspannt sein, oder, was bevorzugt ist und wie es in diesem Ausführungsbeispiel umgesetzt ist, vorgespannt sein. Die Vorspannung bestimmt die mittels der Kupplung 3 minimal messbare Kraft bzw. das minimal messbare Drehmoment.
[0044] Die Zugfedern 8 bewirken eine Kraftübertragung zwischen dem ersten
Kupplungselement 5 und dem zweiten Kupplungselement 6. Des Weiteren ermöglicht diese Art der Kraftübertragung einen Versatz der Drehachsen des ersten Kupplungselementes 5 und des zweiten Kupplungselementes 6, wodurch durch die Kupplung 3 beispielsweise Fertigungstoleranzen und/oder Montagetoleranzen zwischen Antrieb 1 und Last 2 ausgeglichen werden können. Die Fig. 4 stellt den idealen Fall dar, das erste Kupplungselement 5 und zweites Kupplungselement 6 auf einer gemeinsamen Drehachse 10 liegen. Im Rahmen dieser Erfindung soll allerdings auch ein leichter Versatz der den Kupplungselementen 5, 6 zugeordneten Drehachsen um höchstens 10°, vorzugsweise um höchstens 5° als„auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet" aufgefasst werden.
[0045] Eine durch den Antrieb 1 erzeugte Drehbewegung wird über die Kupplung 3 auf die Last 2 übertragen. Das Umdrehungsverhältnis der Kupplung 3 ist, bedingt durch den Aufbau der Kupplung 3, motorseitig und lastseitig 1 : 1. Eine lastseitig ausgeübte Belastung der Kupplung 3 bewirkt gegen die
Rückstellkraft der Zugfedern 8 eine Verdrehung der beiden
Kupplungselemente 5, 6 aus der Ausgangsstellung um einen
belastungsabhängigen Winkel in eine Belastungsstellung. Die Zugfedern 8 bewirken bei einer Reduzierung der Belastung die Rückstellung der beiden Kupplungselemente 5, 6, bei Wegfall der Belastung insbesondere die
Rückstellung in die Ausgangsstellung. Innerhalb des Winkelbereiches, in dem sich das erste Kupplungselement 5 und das zweite Kupplungselement 6 gegeneinander verdrehen können, kann auf diese Weise jeder Stellung der Kupplungselemente 5, 6 ein Belastungswert eindeutig zugeordnet werden. Im Falle von vorgespannten Zugfedern 8 erfolgt die Änderung der relativen Stellung der Kupplungselemente 5, 6 erst, nachdem die auf die Kupplung 3 ausgeübte Belastung die Rückstell kraft der Zugfedern 8 überschritten hat.
[0046] Die Kupplung 3 umfasst einen Anschlag, der die relative Verdrehung des
ersten Kupplungselemente 5 und des zweiten Kupplungselemente 6 begrenzt. Der Anschlag wird durch die jeweiligen beiden Enden 28, 29 dreier länglicher Öffnungen 30 im zweiten Kupplungselement 6 gebildet, siehe Figuren 6, 7. Eine Öffnung 30 wird jeweils durch einen ersten Zapfen 21 durchgriffen. Im unbelasteten Zustand der Kupplung 3 werden die ersten Zapfen 21 durch die Rückstellkraft der Zugfedern 8 gegen das jeweilige erste Ende 28 gedrückt, beim Verdrehen der Kupplungselemente 5, 6 werden die ersten Zapfen 21 gegen die Rückstell kraft der Zugfedern 8 gegen das zweite Ende 29 bewegt. Der Anschlag verhindert eine Überbeanspruchung oder Unterbelastung der Zugfedern 8.
[0047] Das erste Kupplungselement 5 umfasst drei Kulissen 22. Die Kulissen 22
umlaufen die vorgesehene Drehachse 10 abschnittsweise auf einer Kreisbahn. Das zweite Kupplungselement 6 weist drei Schraubdome 23 mit in den
Schraubdomen 23 eingeschraubten Zylinderkopfschrauben 31 auf, wobei jeweils eine Schraube 31 eine Kulisse 22 durchgreift. Die Schrauben 31 und die Schraubdome 23 über- bzw. untergreifen mit Spiel die Kulissen 22, so dass das erste Kupplungselement 5 und das zweite Kupplungselement 6 sich in axialer Richtung nicht lösen können, aber eine geringe Abweichung der
Drehachsen der Kupplungselemente 5, 6 ausgeglichen werden kann. Die Schrauben 23 in Verbindung mit den Kulissen 22 dienen als Montagehilfe, im Betrieb der Kupplung 3 wird ein Kontakt zwischen Schrauben 23 und Kulisse 22 weitestgehend, bevorzugt vollständig, vermieden. Es ist bevorzugt, dass ein Kontakt der beiden Kupplungselemente 5, 6 lediglich durch das
Federelement, hier durch die Zugfedern 8, hergestellt ist, um
Reibungsverluste zwischen den Kupplungselementen 5, 6 zu minimieren.
[0048] Alternativ oder zusätzlich können die Kulissen 22 in Verbindung mit den
Schrauben 23 als Anschläge ausgebildet sein, die die Verdrehung des ersten Kupplungselementes 5 gegen das zweite Kupplungselement 6 in eine oder in beide Richtungen begrenzen. Anstatt durch Schraubdome 23 und Schrauben 31 können diese Funktionen selbstverständlich auch durch andere Elemente verwirklicht werden, beispielsweise durch Zapfen, die entsprechend den Schraubdomen 23 an dem zweiten Kupplungselement angeordnet sind und die Kulissen 22 durchgreifen.
[0049] Die Messvorrichtung 4 umfasst drei Lichtschranken 13a, 13b, 13c, mittels derer die relative Stellung des ersten Kupplungselementes 4 und des zweiten Kupplungselemente 6 bestimmbar sind. Die Lichtschranken 13a, 13b, 13c umfassen jeweils eine Lichtquelle 24 und eine der jeweiligen Lichtquelle gegenüberliegenden Photodiode 25. Die erste Lichtschranke 13a ist an einer ersten Spur 14a des ersten Kupplungselementes 5 angeordnet, die zweite Lichtschranke 13b an einer zweiten Spur 14b und die dritte Lichtschranke 13c an einer dritten Spur 14c des zweiten Kupplungselementes 6 angeordnet. Die Spuren 14a, 14b, 14c sind im Randbereich der Kupplungselemente 5, 6 angeordnet und werden jeweils durch auf einer Kreisbahn verlaufende, sich abwechselnde geschlossene Bereiche 15 und offene Bereiche 16 gebildet. Bei einer Drehung der Kupplungselemente 5, 6 werden die Lichtschranken 13a, 13b, 13c in durch die Ausbildung der offenen Bereiche 15 und geschlossenen Bereiche 16 bestimmten Zeitintervallen abwechselnd geöffnet und
geschlossen, wobei die mit dem Öffnen und Schließen verbundene
zeitabhängige Signaländerung durch die Messvorrichtung 4 detektiert wird.
[0050] Die Fig. 2 zeigt ein erstes Diagramm, in dem das mittels der ersten
Lichtschranke 13a gemessene Signal Sl und das mittels der zweiten
Lichtschranke 13b gemessene Signal S2 bei einer durch den Antrieb 1 bewirkten konstanten Drehbewegung der Kupplungselemente 5, 6 über die
Zeit aufgetragen sind. Der Übersicht wegen sind die Signale Sl, S2 in ihrem Signalwert versetzt dargestellt. Ist die jeweilige Lichtschranke 13a, 13b offen, so erhöht sich der gemessene Signalwert der Signale Sl, S2, wird die
Lichtschranke 13a, 13b geschlossen, so erniedrigt sich der Signalwert der Signale Sl, S2. Der Signalverlauf ist abhängig von der Ausbildung der Spuren
14a, 14b und der Winkelgeschwindigkeit der Kupplungselemente 5, 6. [0051] Ändert sich die auf die Kupplung 3 wirkende Belastung und bewirkt damit eine Verdrehung des ersten Kupplungselements 5 relativ zum zweiten
Kupplungselement 6, so äußert sich dies in einer zeitlichen Verschiebung bzw. Phasenverschiebung der Signale Sl, S2 zu Signalen Sl', S2', siehe Figur 3. Die relative zeitliche Verschiebung bzw. Phasendifferenz ist abhängig von der
Höhe der auf die Kupplung 3 wirkenden Belastung. Die relative zeitliche Verschiebung der Signale Sl, S2 kann auf diese Weise eindeutig einer von der Last 2 auf die Kupplung 3 ausgeübten Belastung zugeordnet werden.
[0052] Alternativ kann eine Lichtschranke verwendet werden, die sowohl durch die erste Spur 14a des ersten Kupplungselements 5 als auch durch die zweite
Spur 14b des zweiten Kupplungselementes 6 geöffnet und geschlossen werden kann. In diesem Falle sind die offenen und geschlossenen Bereiche 15, 16 der Spuren 14a, 14b derart ausgebildet, dass eine Verdrehung des ersten Kupplungselementes 5 relativ zum zweiten Kupplungselement 6 eine Änderung der geschlossenen und offenen Bereiche der sich überlappenden
Spuren 14a, 14b bewirkt. Die sich bei einer Drehung der Kupplung 3 in Abhängigkeit der Belastung ändernden Zeitintervalle, in denen die
Lichtschranke geöffnet oder geschlossen ist, resultieren in einem
belastungsabhängigen Signalverlauf, durch dessen Auswertung auf die durch die Last 2 auf die Kupplung 3 wirkende Belastung geschlossen werden kann.
[0053] Die dritte Spur 14c, die um einen Winkel versetzt zur zweiten Spur 14b
angeordnet ist, ermöglicht in Verbindung mit der dritten Lichtschranke 13c eine zusätzliche Bestimmung der Stellung des zweiten Kupplungselementes 6. In Kombination mit der zweiten Lichtschranke 13b und der zweiten Spur 14b ist auf diese Weise eine verbesserte Bestimmung der absoluten Stellung des zweiten Kupplungselementes 6 möglich. Die Bestimmung der Stellung des zweiten Kupplungselementes 6 ermöglicht es, den Zustand der Last 2, beispielsweise die momentane Stellung einer als Last 2 eingesetzten Pumpe, zu bestimmen. Durch die Erhöhung der Anzahl der geschlossenen und offenen Bereiche auf einer Spur kann die Genauigkeit einer derartigen
Positionsbestimmung ebenfalls erhöht werden.
[0054] Alternativ zu einer Lichtschranke 13a, 13b, 13c kann beispielsweise auch ein oder mehrere Hall-Sensoren eingesetzt werden. Die Spuren 14a, 14b, werden in diesem Falle durch sich abwechselnde magnetische und nichtmagnetische Bereiche gebildet. Des Weiteren ist alternativ oder zusätzlich die Verwendung von kapazitiven oder taktilen Sensoren möglich.
[0055] Die von der Messvorrichtung 4 aufgenommen Signale werden zwecks
Auswertung an die Steuervorrichtung 17 weitergeleitet. Die Steuervorrichtung 17 ist in diesem Falle Teil des Antriebssystems, kann alternativ beispielsweise auch eine externe Vorrichtung sein. Messvorrichtung 4 und Steuervorrichtung
17 können getrennt oder zumindest teilweise in einer gemeinsamen Elektronik integriert sein. Die Steuervorrichtung 17 ist derart eingerichtet, dass diese überprüft, ob ein von der Messvorrichtung gemessener Wert in einem vorgegebenen Wertebereich liegt, und im Falle dessen, dass der Wert außerhalb des Wertebereiches liegt, eine oder mehrere Maßnahmen einleitet.
Der Wertebereich kann durch einen minimalen Wert und/oder einen maximalen Wert, insbesondere einen unteren Schwellenwert und/oder einen oberen Schwellenwert definiert sein. Die Steuervorrichtung 17 umfasst für die Auswertung der Messdaten vorzugsweise eine CPU, die angegebenen Werte sind vorzugsweise in einem Speicher der Steuervorrichtung 17 hinterlegt. [0056] Beispielsweise ist in der Steuervorrichtung 17 ein Schwellenwert hinterlegt, der eine maximale Belastung der Kupplung 3 durch die Last 2 wiedergibt. Es können auch mehrere Schwellenwerte hinterlegt sein, die mehrere Laststufen der Kupplung 3 durch die Last 2 wiedergeben. Die Steuervorrichtung 17 ist derart eingerichtet, dass diese im Betrieb des Antriebssystems kontinuierlich überprüft, ob die aus der Auswertung der von der Messeinrichtung 5 gemessenen Signale resultierenden Belastungswerte den Schwellenwert bzw. die Schwellenwerte überschreiten. Ist dies der Fall, werden durch die
Steuervorrichtung 17 Maßnahmen eingeleitet, beispielsweise das Abschalten des Antriebs oder eine Reduktion der Antriebsgeschwindigkeit, und/oder die
Abgabe eines Signals, beispielsweise eines akustischen Signals oder eines visuellen Signals. Alternativ oder zusätzlich kann der Messwert angezeigt werden, beispielsweise als zeitabhängiges Drehmoment.
[0057] Der Antrieb 1 ist hier ein elektrisch betriebener Schrittmotor. Ein Schrittmotor stellt einen besonders kostengünstigen Antrieb 1 dar. Alternativ ist
beispielsweise auch ein Gleichstrommotor, sei es mit einer Kontaktbürste oder bürstenlos, einsetzbar. In letzterem Falle kann der Motorstrom verwendet werden, um eine durch die Last 2 verursachte Belastung zusätzlich zu messen. Grundsätzlich kann der Antrieb 1 durch eine beliebige Art von Motor gebildet werden.
[0058] Die Last 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine medizinische Pumpe. Die
Pumpe kann insbesondere eine Rollenpumpe oder eine Peristaltikpumpe sein. Grundsätzlich ist das beschriebene Antriebssystem mit jeder Art von Last 2 verwendbar.
[0059] Der in der Steuervorrichtung 17 hinterlegte Schwellenwert entspricht dem Wert einer von der medizinischen Pumpe auf die Kupplung 3 ausgeübten Belastung, falls in einer mit der medizinischen Pumpe verbundenen
Zuführleitung eine Okklusion auftritt. Tritt eine Okklusion in der Zuführleitung auf, überschreitet der aus den Messsignalen erhaltene Belastungswert den Schwellenwert, wodurch die Steuervorrichtung 17 auf Okklusion erkennt.
Anschließend können beispielsweise oben beschriebene Maßnahmen eingeleitet werden.
[0060] Die Figuren 8 bis 11 zeigen eine alternative Ausführungsform einer Kupplung 3. In diesem Falle werden als Federelemente Druckfedern 9 eingesetzt. Der Anschlag wird durch am ersten Kupplungselement 5 ausgebildete, dem zweiten Kupplungselement 6 zugewandte erste Stege 32 und durch am zweiten Kupplungselement 6 ausgebildete, dem ersten Kupplungselement 5 zugewandte zweite Stege 33 gebildet. In der Ausgangsstellung liegen die ersten Stege 32 durch die Vorspannung der Druckfedern 9 an den zweiten Stegen 33 an. Bei einer die Vorspannung der Druckfedern 9 übersteigenden
Belastung der Kupplung 3 lösen sich im Zuge der gegenseitigen Verdrehung der Kupplungselemente 5, 6 die ersten Stege 32 von den zweiten Stegen 33, wie beispielsweise in Fig. 9 gezeigt. Bei zunehmender Verdrehung der Kupplungselemente 5, 6 schlagen ein oder mehrere Schrauben 31gegen das Ende der jeweils zugeordneten Kulisse 22, wodurch eine Überbelastung der
Kupplung 3 verhindert werden kann.
[0061] Das zweite Kupplungselement 6 weist eine mehrere Versteifungsrippen
umfassende Versteifungsstruktur 34 auf, die das zweite Kupplungselement 6 versteift. Eine derartige Versteifungsstruktur eignet sich insbesondere für Kupplungselemente, die aus einem Kunststoff hergestellt sind. Auch
Kupplungselemente aus Metall können grundsätzlich mit einer
Versteifungsstruktur ausgebildet werden. [0062] Im Übrigen entspricht die Kupplung 3 der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Kupplung 3.
[0063] In den Ausführungsbeispielen wurden die die Kupplungselemente
verbindenden Federelemente durch Zugfedern 8 oder Druckfedern 9 ausgebildet. Alternativ können beispielsweise auch andere elastische
Federelemente eingesetzt werden, beispielsweise Gasdruckfedern,
Elastomerfedern, Biegefedern, Torsionsfedern oder Luftfedern. Das erfindungsgemäße Antriebssystem erfordert nicht zwingend die Verwendung eines bestimmten Typs von Federelement, grundsätzlich sind beliebige Federelemente einsetzbar. Des Weiteren kann die Zahl der verwendeten
Federelemente variieren. Zu dem können ein oder mehrere Federelemente eingesetzt werden, die sowohl auf Zug als auch auf Druck belastbar sind. Damit ist es möglich, für beide Drehrichtungen der Kupplung 3 Belastungen, insbesondere das Überschreiten von maximalen Belastungen, zu registrieren.
[0064] Die Figuren 12 bis 14 zeigen eine weitere alternative Ausführungsform der Kupplung 3. In diesem Falle sind die Spuren 14a und 14b gegeneinander verstellbar. Zum Verstellen der Spuren 14a, 14b sind mehrere Langlöcher 26 vorgesehen, die ein Verdrehen und ein Befestigen der Spuren 14a, 14b in einem durch die Langlöcher 26 vorgegebenen Winkelbereich gegenüber einem jeweiligen Trägerelement 27 des ersten Kupplungselementes 5 und des zweiten Kupplungselementes 6 ermöglichen. Die Befestigungsschrauben wurden der Übersicht wegen weggelassen. Die Verstellung der Spuren 14a, 14b ermöglicht es, die Phasendifferenz der Signale Sl, S2, siehe Figuren 2, 3 zu verändern. Dies ermöglicht es beispielsweise, die Spuren 14a, 14b derart einzustellen, dass die Zeitdifferenz zwischen den beiden Signalen Sl, S2 bei einer maximalen Belastung am kürzesten ist. Das Antriebssystem kann auf diese Weise beispielsweise für die Erkennung von maximalen Belastungen optimiert werden.
[0065] Die Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kupplung 3 in einer schematischen Explosionsdarstellung. Die Darstellung ist auf das erste
Kupplungselement 5 und das zweite Kupplungselement 6 reduziert. Das erste Kupplungselement 5 umfasst zwei auf der dem zweiten Kupplungselement zugewandten Seite ausgebildete erste keilförmige Vorsprünge 35, das zweite Kupplungselement 6 umfasst zwei auf der dem ersten Kupplungselement 6 zugewandten Seite ausgebildete zweite keilförmige Vorsprünge 36. Im
Zustand, in dem durch die Last 2 keine Belastung auf die Kupplung 3 ausgeübt wird, liegen die ersten keilförmigen Vorsprünge 35 im Wesentlichen deckend auf den zweiten keilförmigen Vorsprüngen 36. Bei einem Verdrehen des ersten Kupplungselementes 5 gegen das zweite Kupplungselement 6 gleiten die ersten und zweiten keilförmigen Vorsprünge übereinander ab, wodurch sich der Abstand zwischen den beiden Kupplungselementen in Abhängigkeit der Drehrichtung verringert oder erhöht. Die beiden
Kupplungselemente 5, 6 sind mit einem oder mehreren hier nicht näher dargestellten Federelementen entlang der Drehachse 10 axial gegeneinander vorgespannt, so dass eine Erhöhung des Abstandes zwischen den
Kupplungselementen 5, 6 gegen die Rückstellkraft der Federelemente erfolgt.
[0066] Der Abstand zwischen den beiden Kupplungselementen 5, 6 ist ein Maß für die Belastung, die eine Last 2 auf die Kupplung 3 ausübt. Sensoren für die Messung des Abstandes sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Die mit den Sensoren aufgenommenen Messwerte können wie in oben beschriebener
Weise weiter verarbeitet werden. [0067] Alternativ zu dem hier beschriebenen scheibenförmigen Aufbau der
Kupplungselemente 5, 6 sind auch andere Formen für die Kupplungselemente
5, 6 denkbar. Beispielsweise können die Kupplungselemente 5, 6 durch zwei ineinander laufende Zylinder gebildet werden, die, wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, miteinander durch ein oder mehrere Federelemente verbunden sind.
[0068] Die erfindungsgemäße Kupplung 3 realisiert neben der Übertragung des
Drehmomentes vom Antrieb zur Last drei weitere Funktionen. Zum einen ermöglicht die Kupplung 3 die Messung der Drehzahl, der Winkelstellung und der Drehrichtung insbesondere des lastseitigen, zweiten Kupplungselementes
6. Des Weiteren ermöglicht die Kupplung 3 die Messung des Drehmomentes um damit, falls, was bevorzugt ist, die Last eine Schlauchpumpe ist, die Messung eines Schlauchinnendruckes. Des Weiteren kann die Kupplung 3 einen Winkel- und Achsversatz ausgleichen.
[0069] Alternativ ist natürlich ebenfalls möglich, die verschiedenen Funktionen nur teilweise in der Kupplung 3 zu integrieren.
[0070] Die Messung von Drehzahl, der Winkelstellung und der Drehrichtung wird durch Inkremente auf einer Seite der Drehmomentenkupplung 3 ermöglicht, hier durch Inkremente des lastseitigen zweiten Kupplungselementes 6. Zur Erhöhung der Inkrementanzahl und zur Drehrichtungserkennung sind zwei Spuren, die zweite Spur 14b und die dritte Spur 14c, auf einer Seite realisiert, siehe Fig. 16 und Fig. 17. Die zweite Spur 14b und die dritte Spur 14c weisen jeweils 8 Inkremente auf (vier offene und vier geschlossene Abschnitte). Durch einen Winkelversatz der zweiten Spur 14b zur dritten Spur 14c um 45° wird die Gesamtauflösung auf 16 Inkremente pro Umdrehung erhöht. Die Inkrementierung der ersten Spur 14, die zur Drehmomentmessung auf der anderen, antriebsseitigen Kupplungshälfte 5 realisiert ist, stimmt mit den Inkrementen der zweiten Spur 14b in Anzahl und Tastverhältnis überein zur vereinfachten Signalauswertung per Hardwareverknüpfung. Diese Spuren haben somit nur 8 Inkremente.
[0071] Fig. 16 und 17 zeigen symbolisch ein Pumpenrad mit vier mit gleichem
Winkelabstand angeordneten Rollen 37 einer Rollenpumpe, die über die Kupplung 3 mittels des Antriebs 1 antreibbar ist und mittels der sich durch einen Schlauch 38 ein Fluid pumpen lässt. Die Anzahl der Rollen 37 und die Anzahl der Inkremente der zweiten Spur 14b und dritten Spur 14c sind an die Anzahl der Rollen 37 gekoppelt, entsprechen in diesem Falle dem Doppelten der Rollenanzahl. Eine übereinstimmende Zahl von Inkrementen und Rollen 37 sowie andere Vielfache (das dreifache, vierfache, usw.) sind ebenfalls möglich.
[0072] Die Steuervorrichtung 17 ist derart eingerichtet, dass diese aus den mittels der Messvorrichtung 4 gemessenen Werten die Winkelstellung, die
Drehrichtung und die Drehzahl des zweiten Kupplungselementes 6 ermitteln kann. Mit der Messung der Winkelstellung kann ein als Last verwendeter Pumpmechanismus gezielt gestoppt werden. Das wird genutzt, um
beispielsweise wie hier im Falle einer Rollenpumpe eine Pumpenrolle 37 in eine Position zu bringen, in der ein möglichst hoher Schlauchinnendruck gehalten werden kann.
[0073] Die Fig. 18 und 19 zeigen die an den Spuren 14a, 14b und 14c
aufgenommenen Messsignale. Dabei zeigt Fig. 18 einen Signalverlauf bei einem niedrigen Schlauchinnendruck, Fig. 19 einen Signalverlauf bei einem hohen Schlauchinnendruck. Das Messsignal S2 entspricht der Spur 14b, das Messsignal S3 der dritten Spur, das Messsignal S4 ist die Differenz des Signals Sl der ersten Spur 14a und des Signals S2 der zweiten Spur 14b. Die Signale haben hier folgende Zuordnung : Durchlicht = low /
Lichtunterbrechung = high. Daraus ergibt sich, dass eine positive Flanke (low/high) ein hell/dunkel Übergang von Durchlicht zu Lichtunterbrechung
(Spalt/Material) und eine negative Flanke (high/low) ein dunkel/hell Übergang von Lichtunterbrechung zum Durchlicht (Material/Spalt) entsprechen.
[0074] Durch binäre Addition der zweiten Spur 14b und der dritten Spur 14c des
zweiten Kupplungselementes 6 erhält man, da die zweite Spur 14b und die dritte Spur 14c gegeneinander versetzt sind, ein charakteristisches dezimales
Muster. Anhand der sequenziellen Abfolge des Musters lassen sich
Schrittfehler (beispielsweise lässt sich ein Stehenbleiben des Motors dadurch erkennen, dass der letzte Wert der Abfolge sich wiederholt) und die
Drehrichtung erkennen.
[0075] Das zwischen der Last 2 und dem Antrieb 1 wirkende Drehmoment wird durch ein Verdrehen der Positionen der beiden Kupplungshälften 5, 6 zueinander gemessen. Die motorseitige befindliche Scheibe 5 ist fest mit diesem verbunden und dreht sich mit konstanter Drehzahl. Somit verläuft das Signal der ersten Spur 14a zeitlich gleichmäßig. Das Drehmoment wird durch die drei Druckfedern 9 zwischen beiden Kupplungshälften 5, 6 übertragen. Durch
Variation des Lastdrehmoments ändert sich die Phasenlage der ersten Spur 14a zur zweiten Spur 14b. Der sich bildende Winkelversatz zwischen der ersten Spur 14a und der zweiten Spur 14b ist direkt proportional zum einwirkenden Drehmoment. In der technischen Realisierung wird die erste Spur 14a mit der zweiten Spur 14b subtrahiert (logisch UNDVerknüpfung).
Dieses Differenzsignal S4, siehe Fig. 18, 19, kann mit geringem Aufwand mit einer Auflösung von 0,2 ms ausgemessen werden. Im Zeitpunkt des größten Drehmomentes ist die Zeitdifferenz der beiden Kanäle Sl (erste Spur 14a) und S2 (zweite Spur 14b) am kürzesten.
[0076] Die Position der Lichtschranken 13a, 13b, 13c und der Pumpenrollen 37
stehen in einem definierten Verhältnis, um das maximale Signal erfassen zu können. Hierzu ist die jeweilige Position einer der vier Pumpenrollen 37, in denen das maximale Drehmoment auf das zweite Kupplungselement 6 und das Pumpenrad ausgeübt wird (aufgrund der vier Pumpenrollen erhält man während einer Umdrehung des Pumpenrades vier„Drehmomentspitzen"), mit einem Übergang des Inkrementes, hier der Übergang hell/dunkel, verknüpft, wie in Fig. 16 beispielhaft dargestellt. Dadurch lässt sich das gemessene Signal maximieren, was vorteilhaft für die Auswertung der Messsignale ist.
[0077] Bei jeder Pumpenradumdrehung werden vier Minibolie gefördert. Aufgrund des Pumpprinzips werden in jedem Fall (mit oder ohne
Drehmomentenkupplung) diese Minibolie gefördert. Mit der
Drehmomentenkupplung 3 wird das Zeitverhalten der Minibolie in sehr geringem Maße und für Applikationen von enteraler Ernährungslösung unerheblich variiert. Pro Umdrehung des Pumpenrades wird jedem Fall (mit oder ohne Drehmomentenkupplung 3) die gleiche Menge d.h. das gleiche
Volumen gefördert. Im statischen Durchlichtbetrieb ist die Empfindlichkeit der Lichtschranken 13a, 13b, 13c zu beachten. Das kann Auswirkungen auf die Stoppposition des Pumpenrades haben. Zur exakten Winkelbestimmung beginnt der Quadrant in Drehrichtung immer mit einem Dunkel-Hell- Übergang. Durch den konstruktiv verfügbaren Federweg und die
Federkonstante der Federn 8, 9 wird das maximal messbare Drehmoment vorgegeben. Aufgrund dessen ist unter Beachtung des zu messenden maximalen Drehmomentes und dem konstruktiv realisierbaren Federwegs die Feder (Federkonstante) 8, 9 so dimensioniert, dass der verfügbare Federweg ausgenutzt wird. Damit wird eine bestmögliche Auflösung der
Drehmomentmessung realisiert. Beim Überschreiten des maximalen
Drehmoments berühren sich die beiden Kupplungshälften.
Anstelle von einem Pumpenrad mit vier Pumpenrollen 37 können auch
Pumpenräder mit einer kleineren oder größeren Anzahl von Pumpenrollen 37 verwendet werden, beispielsweise mit fünf oder sechs Pumpenrollen 37. Die Anzahl der Inkremente der Spuren 14a, 14b, 14c und die Position der Lichtschranken 13a, 13b, 13c sind in einem solchen Fall wie oben beschrieben entsprechend angepasst.

Claims

iprüche
Antriebssystem, umfassend einen Antrieb (1), eine Last (2), eine Kupplung (3) und eine Messvorrichtung (4), wobei die Kupplung (3) derart eingerichtet ist, dass diese eine von dem Antrieb (1) erzeugte Bewegung auf die Last (2) überträgt, wobei die Kupplung (3) ein antriebsseitiges erstes Kupplungselement (5) und ein lastseitiges zweites Kupplungselement (6) aufweist, und die Kupplung (3) derart eingerichtet ist, dass das erste Kupplungselement (5) und das zweite
Kupplungselement (6) ihre Stellung in Abhängigkeit einer von der Last (2) auf die Kupplung (3) ausgeübten Belastung zueinander verändern, und die
Messvorrichtung (4) derart eingerichtet ist, dass diese eine Änderung der Stellung des ersten Kupplungselementes (5) relativ zum zweiten Kupplungselement (6) misst.
Antriebssystem nach Anspruch 1, derart eingerichtet, dass das erste
Kupplungselement (5) und das zweite Kupplungselement (6) bei einer von der Last (2) auf die Kupplung (3) ausgeübten Belastung von einer Ausgangsstellung in eine Belastungsstellung übergehen, in der die Stellung des ersten
Kupplungselementes (5) relativ zum zweiten Kupplungselement (6) verändert ist, und bei einem Wegfall der Belastung das erste Kupplungselement (5) und das zweite Kupplungselement (6) in ihre Ausgangsstellung zurückkehren.
Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Kupplungselement (5) und das zweite Kupplungselement (6) durch mindestens ein Federelement (7, 8, 9) miteinander und gegeneinander beweglich verbunden sind, wobei das mindestens eine Federelement (7, 8, 9) bei einer von der Last (2) auf die
Kupplung (3) ausgeübten Belastung elastisch deformiert wird.
Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Kupplungselement (5) und das zweite Kupplungselement (6) sich in Abhängigkeit einer von der Last (2) auf die Kupplung (3) ausgeübten Belastung gegeneinander verdrehen und/oder sich gegeneinander axial verschieben.
Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Kupplungselement (5) und das zweite Kupplungselement (6) auf einer
gemeinsamen Drehachse (10) angeordnet sind.
Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kupplung (3) mindestens einen Anschlag (11, 12) umfasst, der die relative Änderung der Stellung des ersten Kupplungselementes (5) gegenüber dem zweiten
Kupplungselement (6) auf einen Maximalwert begrenzt.
Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Messvorrichtung (4) zur Messung einer Änderung der Stellung des ersten
Kupplungselementes relativ zum zweiten Kupplungselement mindestens eine Lichtschranke (13a, 13b, 13c) umfasst.
Antriebssystem nach Anspruch 7, wobei die Messvorrichtung (4) zur Messung einer Änderung der Stellung des ersten Kupplungselementes (5) relativ zum zweiten Kupplungselement (6) mindestens erste Lichtschranke (13a) umfasst, die zur Messung der Stellung des ersten Kupplungselementes (5) angeordnet ist, und eine zweite Lichtschranke (13b, 13c) umfasst, die zur Messung der Stellung des zweiten Kupplungselementes (6) angeordnet ist.
9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das erste
Kupplungselement (5) zumindest eine erste Spur (14a) und das zweite
Kupplungselement (6) zumindest eine zweite Spur (14b) aufweist, wobei die erste Spur (14a) und die zweite Spur (14b) geschlossene Bereiche (15) und offene Bereiche (16) aufweisen, die derart angeordnet sind, dass diese bei einer
Drehbewegung des ersten Kupplungselementes (5) und/oder des zweiten
Kupplungselementes (6) die mindestens eine Lichtschranke (13a, 13, 13c) abwechselnd unterbrechen und freigeben.
10. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend eine Steuervorrichtung (17), wobei die Steuereinrichtung (17) derart eingerichtet ist, dass diese anhand der von der Messvorrichtung (4) gemessenen Werte a) überprüft, ob ein von der Messvorrichtung (4) gemessener Wert in einem vorgegebenen Wertebereich liegt, und im Falle dessen, dass der Wert außerhalb des Wertebereiches liegt, die vom Antrieb (1) erzeugte Bewegung reduziert, die vom Antrieb (1) erzeugte Bewegung stoppt und/oder ein Signal abgibt, b) die
Winkelstellung, c) die Drehrichtung und/oder d) die Drehzahl des ersten
Kupplungselementes (5) und/oder des zweiten Kupplungselementes (6) ermittelt.
11. Antriebsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Last (2) eine medizinische Pumpe ist, beispielsweise eine medizinische Rollenpumpe oder eine medizinische Peristaltikpumpe ist.
12. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste
Kupplungselement (5) und das zweite Kupplungselement (6) flexibel miteinander verbunden sind, so dass ein Winkel- und/oder Achsversatz zwischen dem ersten Kupplungselement (5) und dem zweiten Kupplungselement (6) ausgeglichen werden kann.
13. Antriebsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite
Kupplungselement (6) zumindest eine weitere, dritte Spur (14c) aufweist.
14. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Inkremente der ersten Spur des ersten Kupplungselements (5) und der zweiten Spur des zweiten Kupplungselements (6) gleich sind.
15. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Inkremente der zweiten Spur des zweiten Kupplungselements (6) im Falle dessen, das die Last ein Rollenpumpe ist, eines der Anzahl der Rollen oder eines mehrfachen der Anzahl der Rollen entspricht.
EP10782564A 2010-03-08 2010-10-14 Antriebssystem mit torsionskupplung Withdrawn EP2544735A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10782564A EP2544735A1 (de) 2010-03-08 2010-10-14 Antriebssystem mit torsionskupplung

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US31141710P 2010-03-08 2010-03-08
EP10155838A EP2364737A1 (de) 2010-03-08 2010-03-08 Antriebssystem
EP10782564A EP2544735A1 (de) 2010-03-08 2010-10-14 Antriebssystem mit torsionskupplung
PCT/EP2010/065448 WO2011110247A1 (de) 2010-03-08 2010-10-14 Antriebssystem mit torsionskupplung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2544735A1 true EP2544735A1 (de) 2013-01-16

Family

ID=42062354

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10155838A Withdrawn EP2364737A1 (de) 2010-03-08 2010-03-08 Antriebssystem
EP10782564A Withdrawn EP2544735A1 (de) 2010-03-08 2010-10-14 Antriebssystem mit torsionskupplung

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10155838A Withdrawn EP2364737A1 (de) 2010-03-08 2010-03-08 Antriebssystem

Country Status (2)

Country Link
EP (2) EP2364737A1 (de)
WO (1) WO2011110247A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103845778A (zh) * 2013-01-30 2014-06-11 莆田市诺斯顿电子发展有限公司 一种吊瓶监控装置
US20160102724A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Rethink Motion Inc. Concentric Arc Spline Rotational Spring
AU2015333644B2 (en) * 2014-10-15 2019-05-23 Kpr U.S., Llc Occlusion detection for flow control apparatus
DE102014223816A1 (de) * 2014-11-21 2016-05-25 Siemens Aktiengesellschaft Erfassung von Kräften und Drehmomenten an einer Antriebsvorrichtung
DE102014019546B3 (de) * 2014-12-23 2016-05-04 Samson Aktiengesellschaft Federkörper für einen Kraftaufnehmer, wie Drehmoment- und/oder Zugkraft-/Druckkraftmesszelle
CN107614067B (zh) * 2015-04-21 2021-03-09 反思运动公司 扭矩可控锻炼机器装置以及产生可变负载的方法
JP6525940B2 (ja) * 2015-11-18 2019-06-05 キヤノン株式会社 センサ、駆動機構、およびロボット

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5034004A (en) * 1987-06-19 1991-07-23 The University Of Melbourne Infusion pump and drive systems therefor
GB9603138D0 (en) * 1996-02-15 1996-04-17 Kenwood Marks Ltd Torque measuring coupling device
US6485465B2 (en) * 2000-03-29 2002-11-26 Medtronic Minimed, Inc. Methods, apparatuses, and uses for infusion pump fluid pressure and force detection
US20020042953A1 (en) 2000-10-03 2002-04-18 Matthews Brown Susan H. Support pillow kit with toy bar
US6679126B2 (en) * 2001-07-10 2004-01-20 Control Devices System and method for measuring torque using filtration of light to detect angular displacement of a pair of wheels
US7237444B2 (en) * 2005-06-29 2007-07-03 Freudenberg-Nok General Partnership Torque cell for determining a torque load on a rotary member

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011110247A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011110247A1 (de) 2011-09-15
EP2364737A1 (de) 2011-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2544735A1 (de) Antriebssystem mit torsionskupplung
DE3686558T2 (de) Intravenoese infusionsvorrichtung mit zwei anwendungsmoeglichkeiten.
DE69725332T2 (de) Volumetrische Infusionspumpe
EP0374618B1 (de) Infusionspumpe
EP2430508B1 (de) Kompaktes pedalsystem für ein kraftfahrzeug
EP3250829B1 (de) Exzenterschneckenpumpe mit einem automatischen verstellsystem und einstellverfahren
DE102010003218A1 (de) Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Dosierpumpe
DE102005038663A1 (de) Rundschalttisch
DE102016114031A1 (de) Transfusionsvorrichtung und Verfahren zum Erfassen von Blasen
DE102009050185A1 (de) Torantriebsvorrichtung mit Absolutwegsensor
DE3338409C2 (de)
DE102016014832A1 (de) Kammerpumpe und Verfahren zum Betrieb einer Kammerpumpe
DE102018006966A1 (de) Motorvorrichtung
DE69718526T2 (de) Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines sich bewegenden Körpers
EP3458201B1 (de) Beschichtungsmittelpumpe
DE202009011110U1 (de) Hin- und hergehende Vorrichtung mit einem Blockierverhinderungs-Mechanismus
DE112016004329T5 (de) Diagnosevorrichtung für eine Verbindungsgliedbetätigungsvorrichtung
DE102015221745A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments sowie Antriebseinheit
EP2071119A2 (de) Überwachungsvorrichtung für ein angetriebenes Tor un damit ausgestattetes Tor
DE3901585A1 (de) Lastverstelleinrichtung
EP2630072A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung einer kraft sowie verwendung des verfahrens und/oder der vorrichtung
DE4345557B4 (de) Motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
EP3712564B1 (de) Positionserfassungsanordnung für durch eine antriebsvorrichtung verfahrbare türen oder tore
DE102022120075B4 (de) Vorrichtung zum messen von betriebsgrössen, insbesondere drehmomenten, in wellenkupplungen mit elastomerbauteilen
DE102008001748A1 (de) System und Verfahren zum Erkennen eines festgebremsten Motors

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120906

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20130625

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20151123