NO763203L - Peristaltisk pumpe med ettergivende ruller. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en peristaltisk pumpe av den i den innledende del av krav 1 angitte type.

Peristaltiske pumper hvor ruller løper tangentialt langs

en innvendig bane i et sylindrisk hus og derved klemmer sammen og stryker over et ettergivende rør, som ligger langs den innvendige bane, anvendes i stor utstrekning for å pumpe kjemikalier og biologiske stoffer. Den foreliggende oppfinnelse er utviklet i forbindelse med pumping av blod, som er en levende organisme som må håndteres skånsomt.

Et viktig trekk ved den peristaltiske pumpe ifølge oppfinnelsen er en innstilling av lukke- eller okklusjonsavstanden mellom pumpens rulle og pumpens rullebane. Okklusjonsavstanden er kritisk av flere årsaker i biologiske systemer. For det første hemolyseres blod når okklusjonsavstanden enten er for stor eller for liten, og for det andre vil det inntre en ineffektiv pumping når okklusjonsavstanden er for stor, noe som resulterer i en ikke-sammenklemt tilstand for røret, og pumpen vil ikke frembringe en pålitelig avgivelsesmengde av fluidum for hver omdreining. Dersom okklusjonsavstanden er for liten vil resultatet i tillegg til skadelige innvirkninger på blodet bli en sterkt avkortet levetid for røret. Kravet om å kunne pumpe blod uten hemolyse er ves-entlig for sunnheten av det blod som pumpes og for den pasient som pumpen kan være forbundet med eller den pasient som blodet kan bli overført til.

Sammenklemmings- eller okklusjonsavstanden må justeres

eller etterinnstilles for hvert rørstykke som innsettes i pumpen. Rørdimensjonene vil variere fra levering til levering og det vil opptre dimensjonsvariasjoner innenfor noen få cm rørlengde. Særlig snevre mekaniske toleranser kreves for å kunne bygge en peristaltisk pumpe hvor rullen vil løpe rundt langs rullebanen og derved opprettholde okklusjonsavstanden innenfor en toleranse

på 0,8 ram. Okklusjonsavstanden er således kritisk på grunn av de problemer som er forbundet med enten en for svak eller en for kraftig sammenklemming av røret.

Den peristaltiske pumpe ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved det som er angitt i den kjennetegnende del av krav 1.

Når rotasjons- eller drivakselen roteres vil rullen med stiv overflate løpe hen over den lengde av pumperøret eller pumpe-slangen som ligger i rullebanen og derved stryke over det peristaltiske pumperør og utøve en pumpevirkning på fluidum i røret.

Pumperullen med stiv overflate kan som følge av den spe-sielle lagring gi etter eller vike på variabel måte for varierende krefter som utøves av pumperøret på den stive rulleoverflate til tross for en konstant avstand mellom drivakselen og rullebanen, bestemt av innstillingen eller justeringen av drivarmens montering.

Rullearrangementet i den peristaltiske pumpe ifølge oppfinnelsen vil således kunne akseptere eller anvende rør med ulike eller varierende dimensjoner uten forandring av okklu-sjonsinnstillingen, og dermed befries operatøren for problemer i forbindelse med feilinnstillinger.

For å klemme og stryke av det fleksible rør i pumpen ifølge oppfinnelsen med det optimale trykk anvendes det altså en spe-siell pumperulle. Rullen er utstyrt med en hard overflate, for eksempel av stål, med en glatt overflate med lav friksjon, så-

som et sintret polytetrafluoretylenbelegg eller en sintret,

porøs, galvanisk kromutfelling utstyrt med et smøremiddel. En slik hard overflate vil klemme og stryke av pumperøret under dannelse av minst mulig friksjonsvarme. Rullen bringes til å

ligge an mot røret under trykk som i store trekk er uavhengig av mindre variasjoner i rørdiameteren, ved å montere den harde rulle på elastomerbøssinger som igjen er montert i lagre som bærer rullen og driver denne langs røret i ettergivende, rullende berøring.

Elastomerbøssingene gir den harde rulle mulighet til å

bøye ut og løpe ettergivende hen over røruregelmessigheter, uten at det skapes et for stort klemtrykk og uten at det oppstår merkbar støy. Den peristaltiske pumpe ifølge oppfinnelsen er således velegnet til bruk i et laboratorium hvor stillhet er ønskelig.

Den peristaltiske pumpe er imidlertid også, noe som er mer viktig, særlig velegnet for pumping av blod, idet det foregår min dre hemolyse av det levende blod når det sammenklemmende trykk er riktig, enn når trykket enten er for lite eller for stort.

På grunn av pumperullens ettergivende egenskaper er det mulig å anvende et sett ruller for å klemme sammen og stryke av to peristaltiske pumperør anbrakt side ved side. Dette arrange-ment vil sikre at de to rør vil pumpe stort sett like mengder fluidum, og arrangementet er derfor velegnet for pumping av inn-gangs- eller avgangsfluider for visse prosesser hvor volumet av det behandlete fluidum praktisk talt ikke forandrer seg.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende ut fra en konkret utførelsesform under henvisning til de med-følgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et perspektivriss av en peristaltisk pumpe ifølge oppfinnelsen.. Fig. 2 viser et delvis utspilt enderiss, delvis i snitt, av den peristaltiske pumpe og viser hvordan okklusjonsavstanden for en rulle i den peristaltiske pumpe kan forandres ved juster-ing og ved avbøyning. Fig. 3 viser et tverrsnitt av rullen i bruk i forbindelse med to peristaltiske rør eller slanger med litt forskjellig diameter. Fig. 1 viser et pumpehus 10 med en bane 11 langs hvilken det ligger en halvsirkulær bukt av et peristaltisk rør eller slange 12 fremstilt av en passende elastomer, såsom vinylklorid-polymer eller silikonkautsjuk. En rotasjons- eller drivaksel 13 bærer to innstillbare drivarmer 14 som er fastspent på drivakselen 13 ved hjelp av skruer 15 og mellomleggsskiver 16. Hver av drivarmene 14 bærer en rulle 17 som er opphengt i den til-hørende drivarm ved hjelp av en aksel 18, som er fastlåst til drivarmen ved hjelp av en konisk låsestift 19 (fig. 3).

Innstillingen av drivarmen 14 på drivakselen 13 foretas ved at rullene 17 klemmer sammen eller lukker det peristaltiske rør 12. Når drivakselen 13 roterer, løper rullene således hen over den halvsirkulære bukt av det peristaltiske rør 12, og derved avstrykes røret og væsken i røret drives fremad i dette i dets lengde.

For å lette rullenes overgang mellom det rette stykke og bukten av det peristaltiske rør 12 er det anordnet en overgangs-rampe 20 ved hver ende av banen 11.

For å hindre det peristaltiske rør 12 i å krype eller for- skyve seg rundt langs banen 11 i rullenes 17 strykeretning er det peristaltiske rør forankret ved hjelp av klemmer 25. I fig. 1 er den venstre klemme 25 vist lukket mens den høyre klemme 25 er vist åpen.

Hver klemme 25 består av en svingbart lagret del 26 med en halvsirkulær utskjæring 27 hvori det er innsatt en bevegelig klembakke 28 som blir holdt fast av en skrue 38'. I den stasjonære del av hver klemme 25 finnes det en liknende halvsirkulær utskjæring i huset 10, og i hver av disse halvsirkulære ut-skjæringer fins en stasjonær klembakke 29 festet på liknende måte.

Den bevegelige klembakke 28 har to gripeflater som hver har form av en halvsylinder utstyrt med tenner. Den "nederste" gripeflate 28L samvirker med en liknende gripeflate på den stasjonære klembakke 29 for sikker forankring av det peristaltiske rør 12 i den nederste av to mulige stillinger. I fig. 1 er det peristaltiske rør vist grepet og sikkert holdt fast av den venstre klemme 25 i dennes nederste stilling, mens den boring som dannes av de øverste gripeflater på den venstre klemmes bevegelige og stasjonære bakker 28 og 29, er vist tom, dvs. uten et peristaltisk rør innsatt. Den viste pumpe kan faktisk funksjonere •med enten ett eller to peristaltiske rør, og pumpen er spesielt innrettet til bruk med to rør. På tegningen er det øverste rør utelatt av hensyn til en bedre illustrasjon av konstruksjonen. På den høyre del av fig. 1 sees det peristaltiske rør 12 innsatt i den nederste gripeflate på den stasjonære klembakke 29, mens dennes øverste halvsirkulære gripeflate, som svarer til den øverste gripeflate 28U er tom.

De dreibart eller svingbart lagrete parter 26 blir holdt fast i klemstillingen av kneledd 30. Det venstre kneledd er vist i låst stilling, mens det høyre kneledd'er vist frikoplet. Hvert kneledd 3 0 er utstyrt med en tapp 31 som er innrettet til å stå i inngrep med en hake eller kant 32 på den dreibare part 26 for å trekke denne opp til den lukkete og låste stilling.

Drivakselen 13 bærer fire føreruller 40 opphengt på armer 41. Førerullene 40, som er montert umiddelbart foran rullene 17, hindrer at det peristaltiske rør 12 beveger seg bort fra de be-hørige deler av rullene 17.

Som vist i fig. 1 ligger den halvsirkulære bukt av det peristaltiske rør 12 ikke helt an mot banen 11. Dette gir en bedre avbildning av banen 11, men under bruk er det tilrådelig at det peristaltiske rør ligger tett an mot banen for å hindre unødvendig slitasje. Dette kan oppnås ved bare å skyve mer rør inn i huset på høyre side og ved deretter å lukke den høyre klemme 25.

For å sette inn nye peristaltiske rør i pumpen er det nød-vendig å klemme fast to lengder av nytt rør i den venstre klemme 25 og deretter å rotere drivakselen 13. For dette formål kan drivakselen 13 lettvint dreies med en håndsveiv som har en fat-ning som er innrettet til å danne inngrep med den øverste frem-springende ende av drivakselen 13, som har en plan koplingsflate 35. Når drivakselen 13 roteres mot urviserretningen vil føre-rullene 40, eventuelt med litt manuell assistanse fra opera-tøren, samle de to lengder av nytt rør og legge dem mot løpe-banen 11 like foran den første rulle 17, som utfører et overløp av den halvsirkulære bane 11. De to peristaltiske rør 12 formes således til halvsirkulære bukter, og deres frie ender kan deretter klemmes fast i den høyre klemme 25.

Fig. 2 viser hvordan okklusjonsavstanden B mellom rullen 17 og banen-11 innstilles. Den innstillbare arm 14 er fastspent på

et utfrest sete på akselen 13 ved hjelp av settskruen 15 og mellomleggsskiven 16. Et hull 45 hvorigjennom skaftet på setet 15 er ført, er overdimensjonert, slik at den innstillbare arm kan beveges i sitt sete som antydet med en dobbel pil A. Den ved A antydete innstilling fastlegger eller styrer avstanden B, som ville være den faste okklusjonsavstand dersom rullen 17 var stivt montert i forhold til akselen eller spindelen 18. Den innvendige konstruksjon av rullen 17 med hard overflate er imidlertid slik at rullen 17 kan gi etter eller bøye av som vist ved C, uten at akselen 18 forskyves. Den totale okklusjonsavstand med utbøyning er således summen av B og C.

Som påpekt ovenfor er okklusjonsavstanden temmelig kritisk for en tilfredsstillende pumping av blod uten at dette skades, idet blod må håndteres skånsomt.

Rullenes 17 evne til å gi etter en avstand C vil kunne kompensere en eventuell feil i innstillingen av avstanden B og vil kunne utlikne de uunngåelige små dimensjonsvariasjoner i det peristaltiske rør over dettes lengde, og endelig vil det kunne kompensere enhver liten eksentrisitet mellom aksen for drivakselen 13 og aksen for banen 11.

En av de tallrike mulige utførelsesformer for oppnåelse

av en ettergivende rulle 17 med hard overflate på en ikke-ettergivende aksel 18 er vist i fig. 3.

Akselen 18 er fastlåst i forhold til drivarmen 14 ved hjelp av en konisk stift 19. To selvopprettende kulelagre 50 på akselen 18 bærer to ytterringhus 51, som i sin tur bærer en mellomliggende og hul rulleaksel 54. De selvopprettende kulelagre 50, ytterringhusene 51 og den hule aksel 54 er låst sammen til en stiv konstruksjon, idet delene passer stramt inn i hverandre og idet de er utsatt for en aksial kompresjon mellom et avstandsstykke 52 og en tallerkenskive 53. Størrelsen av denne aksiale kompresjon innstilles ved valg av avstandsstykkets 52 tykkelse, og kompresjonen bør være av en slik størrelse at de selvopprettende lagre 50 gis en passende forbelastning.

På den hule rulleaksel 54 er det på hver sin side av en krage 58 montert to elastomerbøssinger 60 og 61 som er fremstilt av et materiale, såsom gummi, med passende hardhet. Rullen 17 er montert på de ytterste kanter av disse elastomerbøssinger 60 og 61.

Rullen 17 er vist under sammenklemming av de to peristaltiske rør 12 mellom rullens utvendige overflate og banen 11. Selv om de to peristaltiske rør har samme nominelle diameter ved det viste tverrsnitt, har det venstre rør tynnere vegger, mens det høyre rør har tykkere vegger. I fig. 3 er virkningen av denne tykkelsesforskjell tydelig, idet rullen 17 løper over de to peristaltiske rør 12 med en helling i sideretningen, selv om spindelakselen 18 stadig er parallell med aksen for banen 11. Rullen 17 skråstilles sideveis uten skråstilling av akselen 18, fordi bøs-singene 60 og 61 muliggjør avbøyning av rullen 17 som følge av en mindre deformasjon i bøssingen 60 og en større deformasjon i bøssingen 61.

For montering av rullen 17 ifølge fig. 3 benyttes følgende fremgangsmåte: Elastomerbøssingen 60 tvinges innover en rampeflate 56 inntil bøssingen er brakt til anlegg mot en ansats 55,

og elastomerbøssingen 61 tvinges på liknende måte innover en rampeflate 57 og an mot ansatsen 55. Deretter forbindes en passende stramtsluttende og hul dor, som har samme ytterdiameter som kragen 58, med den hule rulleaksel 54, og denne enhet tvinges gjennom hullene i elastomerbøssingene 60 og 61 inntil kragen 58

er brakt i anlegg mot en av elastomerbøssingene, hvoretter doren

trekkes ut slik at kragen 58 kan bringes til å danne anlegg mot den annen elastomerbøssing.

De elastomere bøssinger limes eller vulkaniseres fortrinns-

vis til metalldelene for å øke levetiden. Dersom dette foretas innsettes ytterringhusene 51 i konstruksjonen uten de selvopprettende kulelagre 50, og konstruksjonen spennes opp på passende måte i et oppspenningsverktøy før herdeprosessen.

Ruller som er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen har vært utsatt for omfattende utprøving og har funksjonert ut-merket bedømt ut fra deres evne til å pumpe væsker gjennom rør med litt forskjellige dimensjoner uten å kreve mekanisk juster-

ing eller innstilling av konstruksjonen. Rullene har også vist seg å være bemerkelsesverdig holdbare.

I den foretrukne utførelsesform har rullene utvendig et

belegg med lav friksjonskoeffisient, men et belegg med høy friksjonskoeffisient på den ringformete bane 11, for å hindre van-

dring av det peristaltiske rør, har vist seg å være unødvendig.

Den peristaltiske pumpe ifølge oppfinnelsen har vist seg å

være -bemerkelsesverdig støyfri under aktuell drift. Fraværet av plutselige støtbelastninger, som er resultatet av anvendelsen av ettergivende ruller, vil selvfølgelig redusere støynivået, for-

lenge levetiden for de peristaltiske rør og andre pumpekomponen-

ter og redusere destruktiv turbulens i det blod som pumpes.

Den ovenfor beskrevne utførelsesform kan selvfølgelig modifiseres innenfor rammen av oppfinnelsen. Således kan rullene ifølge oppfinnelsen anvendes sammen med både ett og to peri-

staltiske rør.

Dessuten kan den sylindriske eller halvsirkulære bane 11 erstattes med en konisk eller plan bane som ruller med konisk eller sylindrisk form samvirker med.

Claims (12)

1.Peristaltisk pumpe med en bueformet bane, et peristaltisk pumperør anbrakt langs banens lengde, en rotasjonsaksel montert for dreining om en akse som faller sammen med banens akse, en svingarm som er innstillbart montert på rotasjonsakselen, en spindelaksel fast montert på svingarmen i avstand fra banen, hvor en konstant avstand mellom spindelen og banen fastlegges ved innstilling av svingarmens montering, samt lagerinnretninger roterbart montert på spindelen,karakterisertved elastomerinnretninger båret av lågerinnretningene samt en stiv rulleflate båret konsentrisk om nevnte spindel av de elastomerinnretninger, hvor de stive ruller har en slik størr-else at det peristaltiske rør klemmes sammen og praktisk talt lukkes mellom rul'lens overflate og banen ved en gitt innstilling av svingarmens montering på en slik måte at den stive rulleflate løper hen over den peristaltiske rørlengde i banen, når rotasjonsakselen dreies og derved stryker av det peristaltiske pumperør og utøver en pumpevirkning på fluidum i dette, og på en slik måte at den stive rulleflate kan avbøyes variabelt av en variabel kraft som utøves på rullens stive overflate av det peristaltiske pumperør til tross for den konstante avstand mellom spindelen og banen, som er.fastlagt av innstillingen av svingarmens montering.

2. Pumpe i samsvar med krav 1,karakterisertved at rullens utvendige overflate er utstyrt med et glatt belegg av polytetrafluoretylen.

3. Pumpe i samsvar med krav 1 eller 2,karakterisert vedat den bueformete bane er en dreiesylinder.

4. Pumpe i samsvar med krav 1, 2 eller 3,karakterisert vedføreinnretninger som er montert på rotasjonsakselen og som roterer sammen med denne til føring og be- grensning av det peristaltiske pumperør til den del av banen hvor røret vil komme i operativ forbindelse med den stive rulleflate.

5. Pumpe i samsvar med krav 4,karakterisertved at føreinnretningene omfatter ledearmer som løper hen over banen ved de ytterste grenser for nevnte del av banen.

6. Pumpe i samsvar med krav 4 eller 5,karakterisert vedat føreinnretningene omfatter lederuller montert på føreinnretningene eller ledearmer for berøring med det peristaltiske pumperør ved dettes ytterstilling ved kanten av nevnte del av banen.

7. Pumpe i samsvar med krav 4, 5 eller 6,karakterisert vedat føreinnretningene er anbrakt umiddelbart foran den stive rulleflate i dennes overløpsretning på en slik måte at berøring oppnås med det peristaltiske pumperør når dette er i en ytterstilling ved kanten av nevnte del av banen, og hvor føreinnretningene leder og begrenser det peristaltiske pumperør umiddelbart før dette sammenklemmes og avstrykes av den stive rulleflate.

8. Rulle til bruk i en peristaltisk pumpe med en bane, omfattende en spindelaksel som er innrettet til å løpe hen langs denne bane i en fast avstand fra denne, hvor rullen er rotasjons-symmetrisk for konsentrisk montering på spindelakselen og har en slik størrelse at den på egnet måte vil lukke et peristaltisk pumperør anbrakt mellom rullens overflate og pumpebanen, idet rullens overflate er stiv og i det vesentlige ikke ettergivende overfor lokalt utøvete krefter, og rullene montert på konsentriske lagre for fri rotasjon om spindelakselens akse,karakterisert vedelastomerinnretninger anbrakt og innrettet til å bære rullens overflate på lagrene og til å holde rulleoverflaten i avstand fra disse på en slik måte at den stive overflate som helhet kan avbøyes av trykk som utøves lokalt på den stive overflate av det peristaltiske pumperør, ved deformasjon av de elastomere innretninger uten merkbar lokal deformasjon eller distorsjon av rullens stive overflate.

9. Rulle i samsvar med krav 8,karakterisertved et lag av glatt materiale med lav friksjon på overflaten.

10. Rulle i samsvar med krav 9,karakterisertved at det glatte materiale med lav friksjon er polytetrafluoretylen.

11. Peristaltisk pumpe med en sylindrisk bane, en pumperulle samt et peristaltisk pumperør som lukkes mellom den sylindriske bane og pumperullen, hvor pumpen dessutén omfatter en drivaksel som roterer om aksen for den sylindriske bane, en krumtapparm som roterer synkront om nevnte akse drevet av denne, og lagre montert på krumtapparmen,.karakterisert vedelastomerbøssinger som er montert på lagrene for fri rotasjon i forhold til krumtapparmen og som derved definerer en spinnakse, som er parallell med aksen for den sylindriske bane, samt en stiv hud med hard overflate som er montert på og båret av bøssingene og som har en utvendig overflate som er konsentrisk med spinnaksen på en slik måte at trykk som utøves lokalt mot denne hud av det peristaltiske pumperør ikke fremkaller en lokal deformasjon av huden, men fremkaller en deformasjon av den elastomere bøssing og bøyer ut huden som helhet uten utbøyning av den synkront roterende krumtapparm.

12. Pumpe i samsvar med krav 11,karakterisertved et lag av polytetrafluoretylen på overflaten av den stive hud med hard overflate.