Verfahren zur Herstellung eines zweiteiligen Quetschelements für eine Peristaltikpumpe sowie zweiteiliges Quetschelement für eine Peristaltikpumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mittels eines Exzenters angetriebenen Quetschelements einer Peristaltikpumpe nach dem Oberbegriff des unabhän gigen Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein zweiteiliges Quetschelement nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 1.
Bei einer linearen Peristaltikpumpe, wie sie beispielsweise aus DE 102013103223 A1 bekannt ist, wird ein elastischer Schlauch mittels mehrerer Quetschelemente periodisch wiederkehrend verformt. Die Verformung hat in der Regel einen sinusförmigen Verlauf. Die Quetschelemente der Peristaltikpumpe sind meist als Quetschfinger ausgeführt und aneinandergereiht angeord net. Die Quetschelemente werden über eine gemeinsame Welle angetrieben, welche mehrere Exzenternocken aufweist, wobei jedem Quetschfinger eine der Exzenternocken zugeordnet ist. Durch die Exzenternocken wird eine Drehung der Welle in eine oszillierende Linearbewe gung der Quetschfinger umgesetzt.
Peristaltikpumpen werden unter anderem eingesetzt, wenn eine exakte Dosierung sicherge stellt werden muss. Eine exakte Dosierung ist beispielsweise dann erforderlich, wenn es sich bei dem zu fördernden Medium um eine Medikamentenflüssigkeit handelt. Die Fördermenge der Pumpe wird unter anderem durch das Flüssigkeitsvolumen bestimmt, das zwischen zwei Quetschelementen der Pumpe eingeschlossen ist. Um eine exakte Dosierung sicherzustellen, muss die Länge der Quetschelemente innerhalb eines sehr engen Toleranzbereichs liegen.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Peristaltikpumpen werden daher in der Regel Einzelteile verbaut, die äußerst genau gefertigt werden, was einen hohen Fertigungs- und Prüfaufwand bedeutet, so dass die Fertigungskosten relativ hoch sind.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung eines Quetschelements für eine Peristaltikpumpe anzugeben, durch welches der Fertigungsaufwand und die damit verbundenen Kosten reduziert werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt dann ein erfindungsgemäßes Verfahren vor, wenn das Quetschelement aus einem T räger und einem Quetschende zusammengesetzt wird, wobei Träger und Quetschende zunächst lose zusammengesetzt werden, wobei eine effektive Länge des Quetschelements anschließend in
einem Kalibrierschritt durch relatives Verschieben von Träger und Quetschende auf ein be stimmtes Endmaß kalibriert wird, und wobei der Träger und das Quetschende nach der Kalib rierung in einem Fügeschritt fest miteinander verbunden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass das kritische Längenmaß der Quet schelemente mit einem einfach handzuhabenden Prozess erreicht werden kann, wobei die verwendeten separat gefertigten Einzelteile, nämlich der Träger und das Quetschende, keine außerordentlich hohen Anforderungen hinsichtlich Maßgenauigkeit erfüllen müssen und letzt lich günstig hergestellt werden können.
Das Quetschelement ist vorzugsweise ein Quetschfinger. Der Träger des Quetschelements weist vorzugsweise eine Aufnahme für den Exzenter auf. Das Quetschelement kann jedoch auch mittels eines zusätzlichen Stößels angetrieben sein, welcher die Exzenteraufnahme auf weist und die Rotationsbewegung der rotierenden Welle der Peristaltikpumpe in eine oszillie rende Linearbewegung des Quetschelements umsetzt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Un teransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Träger oder das Quetschende mit einem Vorsprung gefertigt, welcher in eine entsprechende Ausnehmung des jeweils anderen Bauteils eingesetzt wird, um Träger und Quetschende zusammenzuset zen. Diese Ausführungsform erleichtert die anschließende Kalibrierung und auch das Fügen der beiden Bauteile.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Vor sprung und Ausnehmung derart gefertigt, dass zwischen Vorsprung und Ausnehmung eine Presspassung besteht. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die beiden Bauteile nach dem Kalibrierschritt nicht verschieben, bevor sie endgültig fest miteinander verbunden werden. Die Presspassung ist vorzugsweise eine leichte Presspassung.
Fertigung und Montage vereinfachen sich weiter, wenn der Träger gemäß einer weiteren be vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Vorsprung aufweist, wobei das Quetschende als Kappe gefertigt und auf den Vorsprung aufgesteckt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Trä ger und Quetschende zunächst derart zusammengesetzt, dass die effektive Länge über dem
gewünschten Endmaß liegt, wobei das Quetschelement im Kalibrierschritt mithilfe des Exzen- ters gegen einen Kalibrieranschlag bewegt wird, der in einem exakten Abstand zu einer Dreh achse des Exzenters positioniert wird, um so das Endmaß einzustellen. Dadurch wird die Ka librierung wesentlich vereinfacht. Bei dem Kalibrieranschlag handelt es sich vorzugsweise um eine Kalibrierplatte, die weiter vorzugsweise in einem bestimmten Abstand zur Drehachse des Exzenters positioniert und parallel zur Achse ausgerichtet wird. Der Exzenter wird bei der Ka librierung vorzugsweise um volle 360° gedreht, um sicherzustellen, dass das Quetschelement auf die gewünschte effektive Länge gebracht wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere Quetschelemente der Peristaltikpumpe gemeinsam auf das jeweils ge wünschte Endmaß kalibriert, indem die Quetschelemente auf eine mit entsprechenden Exzen tern ausgestattete Welle der Peristaltikpumpe aufgesetzt werden und im Kalibrierschritt durch Drehen der Welle gegen den Kalibrieranschlag bewegt werden. Vorzugsweise werden auf diese Weise sämtliche Quetschelemente einer Peristaltikpumpe kalibriert. Bei dieser Ausfüh rungsform ergibt sich nicht nur ein Zeitvorteil, da mehrere Quetschelemente gleichzeitig kalib riert werden. Die Ausführungsform hat darüber hinaus auch den Vorteil, dass die Peristaltik pumpe insgesamt kalibriert werden kann, wobei dabei nicht nur Fertigungsungenauigkeiten der Träger und Quetschenden sondern auch weitere Toleranzen, beispielsweise der Welle, der entsprechenden Lager, sowie der Exzenter ausgeglichen werden. Die Quetschelemente sind in Bezug auf die Achse der Welle vorzugsweise axial aneinandergereiht. Bei den Exzen tern der Welle kann es sich beispielsweise um einfache Exzenternocken handeln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Trä ger und Quetschende im Fügeschritt miteinander verschweißt. Diese Ausführungsform bietet eine einfache und kostengünstige Art der endgültigen Fixierung der beiden Bauteile.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Trä ger und Quetschende aus Kunststoff gefertigt. Dadurch ergeben sich eine kostengünstige Fer tigung und eine einfache Montage. Besonders bevorzugt kommt als Kunststoff Polyoxymethy- len zum Einsatz.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil, welches den Vorsprung aufweist, aus lichtundurchlässigem, insbesondere schwarzem Kunststoff gefertigt, wobei das Bauteil mit der Ausnehmung aus lichtdurchlässi gem, insbesondere weißem Kunststoff gefertigt wird, und wobei die beiden Bauteile im Füge-
schritt mittels Laserlicht miteinander verschweißt werden, wobei das Laserlicht den lichtdurch lässigen, insbesondere weißen Kunststoff zumindest teilweise passiert und von dem lichtun durchlässigen, insbesondere schwarzen Kunststoff derart absorbiert wird, dass es an einer Verbindungsstelle zwischen den beiden Bauteilen zu einer Materialaufschmelzung und dadurch zu einer Verschweißung kommt.
Die Erfindung stellt auch ein Quetschelement für eine Peristaltikpumpen bereit, welches aus einem Träger und einem Quetschende zusammengesetzt ist. Das Quetschelement ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere nach einer oder mehrerer der oben be schriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, hergestellt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 : ein erfindungsgemäßes zweiteiliges Quetschelement in einer perspektivischen
Ansicht,
Figur 2: das zweiteilige Quetschelement aus Figur 1 in einer perspektivischen
Explosionsdarstellung,
Figur 3: einen Längsschnitt durch eine Peristaltikpumpe mit mehreren Quetschelemen ten gemäß den Figuren 1 und 2, wobei die Quetschelemente zunächst jeweils lose zusammengesetzt sind,
Figur 4: den Längsschnitt aus Figur 3 nach dem Einsetzen der Peristaltikpumpe in eine
Kalibriervorrichtung,
Figur 5: den Längsschnitt aus Figur 4 nach dem Einstellen der Kalibriervorrichtung,
Figur 6: den Längsschnitt aus Figur 5 nach Durchführen des Kalibrierschritts, und
Figur 7: den Längsschnitt aus Figur 6 mit Darstellung des abschließenden Fügeschritts mittels Laser.
Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeich net sind. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figu renbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäßes zweiteiliges Quetschelement 2 für eine Peristaltikpumpe. Das Quetschelement 2 ist als Quetschfinger ausgeführt und besteht aus ei nem separat gefertigten Träger 4 und einem separat gefertigten Quetschende 5. Der Träger 4 weist eine Exzenteraufnahme 14 für eine rotierende Exzenterscheibe oder Exzenternocke auf. Die Exzenteraufnahme 14 ist länglich ausgeführt. Im fertig eingebauten Zustand ist das Quet schelement 2 in einer Linearführung der Peristaltikpumpe aufgenommen, die eine Linearbe wegung orthogonal zur Längserstreckung der länglichen Exzenteraufnahme 14 zulässt, so- dass eine Rotation der Exzenterscheibe in ein oszillierende Linearbewegung des Quetschele ments 2 umgesetzt wird. Der T räger 4 weist ferner einen nach oben abstehenden Vorsprung 8 auf, auf welchen das als Kappe ausgeführte Quetschende 5 aufgesetzt ist. Das Quetschende 5 weist zu diesem Zweck eine Ausnehmung 9 auf, in die der Vorsprung 8 eingesteckt werden kann. Eine effektive Länge des Quetschelements 2 hängt davon ab, wie weit das Quetschende 5 auf den Vorsprung 8 des Trägers 4 aufgeschoben wird. Zwischen dem Vorsprung 8 und der Ausnehmung 9 besteht eine leichte Presspassung, um eine einfache Positionierung des Quet schendes zu ermöglichen und ein anschließendes Verrutschen zu verhindern.
Das Verfahren zur Kalibrierung der Länge des Quetschelements 2 wird im Folgenden anhand der Figuren 3 bis 7 erläutert. Figur 3 ist ein unvollständiger Längsschnitt durch eine Peristalti kpumpe 1 , die bereits mit mehreren Quetschelementen 2 bestückt wurde. Alle Quetschele mente 2 sind jeweils lose zusammengesetzt. Die effektive Länge der Quetschelemente liegt noch deutlich über dem gewünschten Endmaß. Die Peristaltikpumpe 1 weist ein lediglich teil weise dargestelltes Gehäuse 10 auf, in welchem eine rotierende Welle 6 der Peristaltikpumpe drehbar um eine Achse 7 gelagert ist. Die Welle 6 weist insgesamt zehn axial aneinanderge reihte kreisförmige Exzenternocken 3 auf, wobei jede Exzenternocke eines der Quetschele mente 2 antreibt.
Um die effektive Länge der Quetschelemente 2 zu kalibrieren, wird die unvollständig zusam mengesetzte Peristaltikpumpe 1 in die in Figur 4 gezeigte Kalibriervorrichtung eingelegt. Die Kalibriervorrichtung kann aus einem unteren Anschlag 11 in Form einer Anschlagplatte und einem oberen Kalibrieranschlag 12, der ebenfalls als Platte ausgeführt ist, bestehen. Das Ge häuse 10 der Peristaltikpumpe 1 ruht auf dem unteren Anschlag 1 1. 1m nächsten Schritt wird der Abstand zwischen dem unteren Anschlag 11 und dem oberen Kalibrieranschlag 12 auf einen bestimmten Wert verringert, wie es in Figur 5 dargestellt ist. Dabei werden bereits einige der Quetschenden 5 deutlich weiter auf die zugehörigen Vorsprünge 8 der Träger 4 aufge schoben. Die eigentliche Kalibrierung findet nun durch Drehen der Welle um volle 360° statt. Das Ergebnis der Kalibrierung ist in Figur 6 dargestellt. Sämtliche Quetschenden 5 wurden so
weit auf die zugehörigen Vorsprünge 8 aufgeschoben, dass alle Quetschelemente 2 in ihrer höchsten Position jeweils exakt das gleiche Niveau erreichten. Die so erreichte perfekte Posi tionierung muss anschließend nur noch fixiert werden. Dies geschieht vorzugsweise durch Verschweißen wie in Figur 7 dargestellt. Sowohl die Träger 4 als auch die Quetschenden 5 bestehen vorzugsweise aus Polyoxymethylen, wobei die Quetschenden aus weißem Polyoxy- methylen bestehen, wohingegen die Träger aus schwarz eingefärbtem Polyoxymethylen ge fertigt sind. Die Verschweißung erfolgt einfach und kostengünstig mittels Laserstrahlung 13. Das weiße Polyoxymethylen der Quetschenden lässt die Laserstrahlung passieren, wohinge gen das schwarze Polyoxymethylen der Träger die Laserstrahlung absorbiert. So kann genau an der Grenzfläche zwischen den beiden Bauteilen eine Materialaufschmelzung und damit eine Verschweißung der beiden Bauteile erreicht werden.
Bezugszeichenliste
1 Peristaltikpumpe
2 Quetschelement
3 Exzenter
4 Träger
5 Quetschende
6 Welle
7 Achse
8 Vorsprung
9 Ausnehmung
10 Gehäuse
11 Anschlag
12 Kalibrieranschlag
13 Laserlicht
14 Exzenteraufnehmung