Rollenpumpe

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Rollenpumpe, insbesondere eine Rollenpumpe zur Verwendung als peristaltische Pumpe in Infusionsgeräten, bestehend aus Antrieb und Pumpenkopf, wobei der Pumpenkopf wenigstens zwei Pumpenrollen aufweist, die auf einem Förderschlauch gegen einen Abrollbacken als Widerlager in einem entsprechend der Anzahl der Pumpenrollen bestimmten Winkelbereich mit definierter Abdruckkraft abrollen. Bei bekannten Rollenpumpen mit Abrollbacken ist die Gefahr eines Rücksaugens von Flüssigkeit nicht auszuschliessen. Gemäss der Erfindung weist der Abrollbacken (9, 19, 36) als Widerlager zum Abquetschen des Förderschlauches (8, 18, 35) neben der eigentlichen Abrollform (1) zusätzlich eine Einlauf- und Auslaufstrecke (2) auf, die bei Einsetzen bzw. Absetzen der Pumpenrollen (6, 16, 35) am bzw. vom Förderschlauch (8, 18, 35) eine Verlängerung des Abquetsch- bzw. Aufweiteweges bewirkt. Erfindungsgemässe Rollenpumpen lassen sich bei Minimierung des Energieverbrauches miniaturisieren.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Rollenpumpe, insbesondere eine Rollenpumpe zur Verwendung als peristaltische Pumpe in Infusionsgeräten, bestehend aus Antrieb und Pumpenkopf, wobei der Pumpenkopf wenigstens zwei Pumpenrollen aufweist, die auf einem Förderschlauch gegen einen Abrollbacken als Widerlager in einem entsprechend der Anzahl der Pumpenrollen bestimmten Winkelbereich mit definierter Abdruckkraft abrollen.

[0002] Aus der DE-OS 26 51 962 ist ein Gerät zur Infusion von Flüssigkeiten in den menschlichen oder tierischen Körper vorbekannt, das eine Rollenpumpe der eingangs genannten Art aufweist. Dabei bildet eine Schlauchhalterung gleichzeitig einen Abrollbacken mit nahezu halbkreisförmiger Ausnehmung, die in Kreisform exakt auf den Rollumfang der Pumpenrollen abgestimmt ist. Von den Enden des Abrollbackens wird der Förderschlauch an beiden Enden etwa tangential von der Ausnehmung weggeführt. Das gleiche gilt sinngemäß für die aus der DE-AS 23 58 228 vorbekannte Rollenpumpe, bei der ein Förderschlauch zur Verminderung der Materialbeanspruchung möglichst geradlinig im Abrollbacken liegen soll.

[0003] Unbefriedigend beim Stand der Technik ist, daß aufgrund der tangentialen Wegführung des Förderschlauches vom Abrollbacken mit Aufsetzen der Pumpenrollen auf den Förderschlauch die Abdruckkraft sehr schnell auf den Abdruckwert ansteigt und nach Durchlauf des Abrollbackens dementsprechend vom Abdruckwert wieder sehr schnell auf Null abfällt. Bei solchen sprunghaften Belastungsänderungen beim Abdrücken bzw. Aufweiten des Förderschlauches muß kurzzeitig ein ver- g7ei.chsweise großes zusätzliches Drehmoment aufgebracht werden. Entsprechend diesem kurzzeitigen maximalen Drehmoment ist aber der Pumpenantrieb auszulegen. Speziell für Schrittmotorantrieb bei Miniatur-Dosierpumpen tritt durch das Spitzendrehmoment daher ein unnötig großer Energiebedarf auf. Bei batteriegetriebenen, insbesondere aber bei implantierbaren Dosiergeräten kommt es aber entscheidend darauf an, einen möglichst niedrigen Energieverbrauch anzustreben. Aufgrund der schnellen Aufweitung des Förderschlauchs ist weiterhin auch die Gefahr eines Rücksaugens gegeben. Diese muß aber speziell für die dosierbare Infusion von flüssigen Medikamenten in einen Patientenkörper mit Sicherheit ausgeschlossen werden können.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Rollenpumpe der eingangs genannten Art in der Weise weiterzubilden, daß der Energieverbrauch des Antriebs bei Miniaturisierung des Pumpenaufbaus minimiert wird und die Gefahr des Rücksaugens von Flüssigkeit mit Sicherheit ausgeschlossen ist.

[0005] Die Aufgabe wird erfindurgsgemäß dadurch gelöst, daß der Abrollbacken als Widerlager zum Abquetschen des Förderschlauches neben der eigentlichen Abrollform für konstante Abdruckkraft zusätzlich eine Einlauf-und Auslaufstrecke aufweist, die bei Aufsetzen bzw. Absetzen der Pumpenrollen am bzw. vom Förderschlauch eine Verlängerung des Abquetsch- bzw. Aufweitweges bewirken.

[0006] Durch die erfindungsgemäße Ausformung des Abrollbackens sind die geforderten Bedingungen in praktisch idealer Weise erfüllt. Es hat sich als geeignet erwiesen, die Abrollform des Abrollbackens symmetrisch auszuformen, d. h. am Abrollbacken die Einlaufstrecke für den Förderschlauch mit gleicher geometrischer Form wie die Auslaufstrecke auszubilden. Für die Herstellung einer erfindungsgemäß aufgebauten Rollenpumpe ist es besonders einfach, für die Abrollform des Abrollbackens zwei verschachtelte Kreisformen zu verwenden, wobei die Mittelpunkte der beiden Kreise versetzt auf der Symmetrielinie des Abrollbackens liegen. Dabei entspricht die eine Kreisform dem Abrollwinkelbereich für konstante Abdruckkraft, während sich an beiden Seiten ein weiteres Kreissegment geeigneter Länge anschließt. Durch geeignete Wahl der Mittelpunktsabstände und der Radien lassen sich in Abhängigkeit von der gewählten Anzahl der Pumpenrollen die Abrollformen so bestimmen, daß Anstieg bzw. Abfall der Abdruckkraft auf mehr als dem doppelten Winkelbereich als bei Rollenpumpen mit tangential vom kreisförmigen Abrollbacken weggeführten Schlauch erfolgen. Dadurch werden sowohl hohe Spitzendrehmomente in der Aufsetzphase als auch ein Rücksaugen von Flüssigkeit während der Abhebphase der Rolle vermieden.

[0007] Die Erfindung läßt sich bei praktisch allen Rollenpumpen mit beliebiger Anzahl von Pumpenrollen anwenden. Dabei kann der Abrollbacken sowohl beweglich, etwa parallel verschiebbar oder verschwenkbar zwecks Austauschen des Förderschlauches, ausgebildet sein als auch starr mit dem Pumpenkopf verbunden werden. Insbesondere bei Verwendung der Rollenpumpe als peristaltische Pumpe bei Infusionsgeräten läßt sich dabei die notwendige Miniaturisierung mit genauester Dosierung und minimierten Energieverbrauch realisieren. Neben der speziellen Anwendung der erfindungsgemäßen Rollenpumpe als peristaltische Pumpe bei Infusionsgeräten kann eine derartige erfindungsgemäße Rollenpumpe in vorteilhafter Weise natürlich auch für beliebige andere technische Zwecke verwendet werden.

[0008] Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den weiteren Unteransprüchen.

[0009] Es zeigen:

Fig. 1 und 2 geometrisch die erfindungsgemäße Zusammensetzung von Abrollformen aus Kreissegmenten,

Fig. 3 die Draufsicht auf einen Pumpenkopf einer Rollenpumpe mit verschiebbaren Abrollbacken,

Fig. 4 die Draufsicht auf einen Pumpenkopf einer Rollenpumpe mit verschwenkbaren Abrollbacken,

Fig. 5 einen Schnitt durch Fig. 4 längs der, Linie V-V und

Fig. 6 die Draufsicht auf einen Pumpenkopf einer Rollenpumpe mit starr angeordneten Abrollbacken.

[0010] Geht man von einer Ausführungsform mit vier Pumpenrollen aus,.so umfaßt der wirksame Abrollbereich des Abrollbackens einen Winkel von etwa 90°. Stellt man zusätzlich die Forderung, daß der Abrollbacken zum Austausch des Schlauches lösbar sein soll, so steht insgesamt ein Winkelbereich von 180° zur Verfügung.

[0011] In der Fig. 1 ist mit 1 der Kreisumfang eines ersten Kreises mit Radium r und Mittelpunkt M₁ bezeichnet; 2 kennzeichnet einen zweiten Kreisumfang mit Radius R und Mittelpunkt M₂. Der durchgezogene Teil des ersten Kreises 1 mit Radius r umfaßt ein Viertelkreissegment, bei dem von der Horizontalen als Symmetrielinie zu beiden Seiten ein Winkelbereich von 45° aufgespannt wird. Der Mittelpunkt M₂ des zweiten Kreises 2 liegt auf der Symmetrielinie um den Abstand d versetzt. An den Segmentenden des ersten Kreises 1 fügt sich jeweils ein Segmentbereich des zweiten Kreises mit Radius R an. Man erkennt, daß der Radius des Kreises 2 innerhalb folgender Grenzen liegt:

[0012] Für die Festlegung des Radius R und des Abstandes d müssen im Einzelfall die geometrischen Parameter des zu benutzenden Förderschlauches berücksichtigt werden. Bezeichnet man den freien Schlauchquerschnitt als q und den abgequetschten Schlauchquerschnitt als q₁, so stellt die Differenz

den für die Geometrie der Kreisformen zu berücksichtigenden Parameter dar. Es läßt sich anhand geometrischer Überlegungen zeigen, daß folgende Bedingungen gelten müssen!

[0013] Geht man dagegen von zwei Pumpenrollen aus, so umfaßt der wirksame Abrollbereich für konstante Abdruckkraft einen Winkelbereich von 180⁰. In der Fig. 2 ist der Kreisumfang des ersten Kreises mit Radius r und Mittelpunkt M₁ wieder mit 1 bezeichnet. Soll nun in diesem Fall der Schlauchträger starr angeordnet sein, so steht insgesamt ein Winkelbereich von ca. 300° zur Verfügung, wenn die Schlauchenden ohne Überkreuzung vom Pumpenkopf weggeführt werden sollen. Es läßt sich nun an die Segmentenden des ersten Kreises 1 ein zweiter Kreis 2 mit Radius R und Mittelpunkt M₂ anschliessen, wobei die Mittelpunkte M₁ und M₂ geringfügig um den Abstand d auf der Horizontalen als Symmetrielinie versetzt sind. Wegen des Abrollwinkels von 180° müssen in diesem Fall die Radien R und r gleich gewählt werden, um eine möglichst lange Einlauf- bzw. Auslaufstrecke zu erhalten. Für den Abstand der Mittelpunkte M₁ und M₂ gilt wiederum anhand entsprechender geometrischer Überlegungen unter Berücksichtigung der geometrischen Parameter des Schlauches:

[0014] In beiden Beispielen ergibt sich in der Einlauf- bzw. in der Auslaufstrecke ein langsamer Anstieg bzw. Abfall der Abdruckkraft. Dadurch wird das notwendige Spitzendrehmoment beim Abquetschen eines Förderschlauches so weit wie möglich verringert.

[0015] In der Fig. 3 bedeutet 3 eine Grundplatte eines Pumpenkopfes mit einer darauf um eine Drehachse 4 angeordneten Drehscheibe 5. Auf der Drehscheibe 5 sind symmetrisch vier Pumpenrollen 6 frei drehbar um je eine Drehachse 7 angeordnet. Mit 8 ist ein Förderschlauch bezeichnet, der in einem Abrollbacken 9 mit erfindungsgemäß ausgebildeter Abrollfläche 10 gelagert ist. Der Abrollbacken 9 ist auf der Grundplatte 3 in einer Parallelführung 11 verschiebbar gelagert und wird durch die Feder 12 in Betriebsstellung gehalten. Zum Austausch und Einlegen eines Förderschlauches 8 ist der Abrollbacken 9 an Nocken 9a als Handhabe manuell gegen die Feder 12 verschiebbar. Mit der Feder 12 werden unabhängig von Fertigungstoleranzen des Förderschlauches konstante Abdruckkraftverhältnisse gewährleistet.

[0016] Der Abrollbacken 9 mit Abrollfläche 10 weist die in Fig. 1 dargestellte geometrische Form auf.

[0017] In der Fig. 4 ist mit 13 eine der Fig. 3 entsprechende Grundplatte mit Drehachse 14, Drehscheibe 15, sowie Pumpenrollen 16 die um entsprechende Achsen 17 drehbar sind, dargestellt. 18 kennzeichnet einen Förderschlauch. Ein Abrollbacken 19 mit Abrollform 20 ist in einem Schwenklager 21 derart gelagert, daß der Abrollbacken 19 aus der Grundplatte 13 herausschwenkbar ist. Mittels Feststellstift 22 kann der Abrollbacken 19 in Betriebsstellung auf der Grundplatte 13 fixiert werden.

[0018] Wegen der Verschwenkbarkeit des Abrollbackens 19 ergibt sich bei Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 verkippte Symmetrielinie SE. Dementsprechend ist auch der Kreissegmentbereich zum Abdrücken des Förderschlauches 18 entsprechend verkippt. An diesen Segmentbereich schließen sich wiederum jeweils 45° Bereiche mit entsprechend größerem Radius an.

[0019] Der Abrollbacken 19 hat mit seiner Abrollfläche 20 die in Fig. 1 dargestellte Geometrie.

[0020] Auf der Grundplatte 13 sind weiterhin drei Justierschrauben 25 angebracht. Mit diesen Schrauben 25 läßt sich die Grundplatte gegenüber dem im Gehäuse ortsfesten Antrieb einjustieren. Für Justierzwecke wird in zweckmäßiger Ausführung eine Kreisscheibe mit Radius r verwendet, die anstelle der Drehscheibe 15 mit Pumpenrollen 16 auf die Achse 14 des Drehantriebs aufgesetzt wird. Die Grundplatte 13 wird dabei so justiert, daß der Abrollbacken 19 im gesamten wirksamen Abquetschbereich an der Justierscheibe anliegt.

[0021] In der Schnittdarstellung V-V der Fig. 5 sind die Pumpenkopfteile der Fig. 4 im Aufriß sichtbar. Man erkennt, daß der Feststellstift 22 durch Anheben gegen den Druck einer Feder 23 aus einem Gegenlager 24 ausgerastet werden kann, womit das Ausschwenken des Abrollbackens 19 ermöglicht wird. Am Förderschlauch ist mit q_o der Durchmesser im freien Zustand und mit q₁ der Durchmesser im gequetschten Zustand bezeichnet.

[0022] In der Fig. 6 bedeuten 30 eine Grundplatte mit darauf auf einer Drehachse 31 angeordneter Drehscheibe 32. Auf der Drehscheibe 32 sind gegenüberliegend zwei Pumpenrollen 33 um Drehachsen 34 frei beweglich angeordnet, die auf einem Förderschlauch 35 abrollen. Der Förderschlauch 35 ist in einem Abrollbacken 36 gelagert.

[0023] Der Abrollbacken 36 umfaßt etwa 300⁰ eines vollen Kreissegments. Im Abrollbacken 36 sind versetzt nebeneinander zwei Durchführungen 37 und 38 ausgespart, durch die der Förderschlauch 35 in den Pumpenkopf mit Abrollbacken eingeführt ist.

[0024] Der Abrollbacken nach Fig. 6 entspricht in seiner Abrollfläche dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel. Die beiden Mittelpunkte M₁ und M₂ liegen nur geringfügig auseinander, wobei der Radius R dem Radius r entspricht. Auch in diesem Fall wird durch die Versetzung der Kreismittelpunkte eine Verlagerung des Abquetsch- bzw. Aufweitewinkelbereichs erreicht.

[0025] Neben den hier dargestellten Ausführungsbeispielen sind in entsprechender erfinderischer Ausbildung des Abrollbackens auch Rollenpumpen mit drei, sechs oder mehr Pumpenrollen aufbaubar.

Ansprüche

1. Rollenpumpe, insbesondere Rollenpumpe zur Verwendung als peristaltische Pumpe in Infusionsgeräten, bestehend aus Antrieb und Pumpenkopf, wobei der Pumpenkopf wenigstens zwei Pumpenrollen aufweist, die auf einem Förderschlauch gegen einen Abrollbacken als Widerlager in einen entsprechend der Anzahl der Pumpenrollen bestimmten Winkelbereich mit definierter Abdruckkraft abrollen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abrollbacken (9, 19, 36) als Widerlager zum Abquetschen des Förderschlauches (8, 18, 35) neben der eigentlichen Abrollform (1) für konstante Abdruckkraft zusätzlich eine Einlauf- und Auslaufstrecke (2) aufweist, die bei Aufsetzen bzw. Absetzen der Pumpenrollen (6, 16, 33) am bzw. vom Förderschlauch (8, 18, 35) eine Verlängerung des Abquetsch- bzw. Aufweitweges bewirken.

2. Rollenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einlauf- und Auslaufstrecke (2) am Abrollbacken (9, 19, 36) die gleiche geometrische Form aufweisen.

3. Rollenpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrollform (10, 20) des Abrollbackens (9, 19, 36) mit Einlauf- und Auslaufstrecke durch zwei ineinander verschachtelte Kreisformen (1, 2), deren Mittelpunkte (M_i) versetzt auf der Symmetrielinie (SE) des Abrollbackens (9, 19, 26) liegen, gebildet wird.

4. Rollenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R) der Kreisform der Einlauf- und Auslaufstrecke (2) wenigstens gleich dem Radius (r) der Abrollform des Abrollbackens (9, 19, 36) ist.

5. Rollenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R) der Kreisform der Einlauf- und Auslaufstrecke (2) kleiner ist als die Summe des Radius (r) der Abrollform (1) und des Abstandes (d) der Mittelpunkte (M_i).

6. Rollenpumpe nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der versetzten Mittelpunkte (M_i) auf der Symmetrielinie (SE) durch die geometrischen Parameter des Förderschlauches (8, 18, 35)

gegeben ist, wobei

die Differenz des Schlauchquerschnittes im freien (q₀) und abgequetschten (q₁) Zustand bedeutet.

7. Rollenpumpe nach Anspruch 3 bis 6, wobei die Rollenpumpe zwei Pumpenrollen aufweist und wobei der Abrollbacken auf einer Grundplatte des Pumpenkopfes starr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R) der Kreisform der Einlauf-und Auslaufstrecke (2) gleich dem Radius (r) der Abrollform des Abrollbackens (36) ist.

8. Rollenpumpe nach Anspruch 3 bis 6, wobei die Rollenpumpe vier Pumpenrollen aufweist und wobei der Abrollbacken auf einer Grundplatte des Pumpenkopfes aus der Betriebsstellung von den Pumpenrollen wegbewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß für den Radius der Kreisform der Einlauf- und Auslaufstrecke gilt:

mit q als geometrischem Parameter des Förderschlauches (8, 18).

9. Rollenpumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbereich konstanter Abdruckkraft in der Abrollform des Abrollbackens (9, 19, 36) wenigstens dem von zwei benachbarten Pumpenrollen (6, 16, 33) eingeschlossenen Winkel entspricht.

10. Rollenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Austausch des Förderschlauches (8) der Abrollbacken (9) auf einer Grundplatte (3) des Pumpenkopfes gegen Federkraft in Parallelführungen (11) verschiebbar ist.

11. Rollenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Austausch des Förderschlauches (18) der Abrollbacken (19) auf einer Grundplatte (13) des Pumpenkopfes in einem Schwenklager (21) aus der Betriebsstellung herausschwenkbar ist, wobei der Abrollbacken (19) mittels einer Federraste (22 bis 24) in Betriebsstellung auf der Grundplatte (13) fixierbar ist.

12. Rollenpumpe nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (3, 13) mit Abrollbacken gegenüber dem raumfesten Pumpenantrieb (4, 14) justierbar ist.

Zeichnung