[0001] Die Erfindung betrifft eine Schlauchpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art.
[0002] Im medizinischen Bereich werden häufig lineare Schlauchpumpen als Infusionspumpen
verwendet, um Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter dem Körper eines Patienten zuzuführen.
Die Schlauchpumpe weist einen Schlauch auf, der als preisgünstiger steriler Einmalartikel
in das Pumpengehäuse eingesetzt wird. Der Schlauch wird durch eine Quetschvorrichtung
abgedrückt, die zahlreiche von einer Nockenwelle angetriebene Schieber aufweist, welche
zyklisch in unterschiedlichen Phasenlagen auf den Pumpenschlauch einwirken und diesen
abquetschen. Der Schlauch besitzt eine Rückstellfähigkeit, so daß er sich bei einem
Rückzug eines Schiebers an dieser Stelle wieder aufweitet.
[0003] Ein Problem bei derartigen Schlauchpumpen besteht darin, daß sie bei dem Rückhub
des letzten Schiebers eine Rückzugsphase im Medium verursachen. Dieser Effekt wird
dadurch hervorgerufen, daß nach dem Zurückziehen des letzten Schiebers das jetzt freiwerdende
Schlauchinnenvolumen größer ist als das zu diesem Zeitpunkt nachgeförderte Medienvolumen.
Durch den sich wieder aufweitenden Schlauch entsteht ein Sog und somit ein Rückfluß.
Dieser Rückzug ist besonders bei kleinen Förderraten und erhöhtem Gegendruck nachteilig,
da für einen gewissen Zeitraum eine deutliche Rückförderung erfolgt. Bei medizinischen
Schlauchpumpen kann diese Rückförderung verhängnisvolle Folgen haben, weil Blut in
die Kanüle eingesaugt werden kann, durch die das Medikament dem Patienten zugeführt
werden soll.
[0004] DE 31 04 873 A1 beschreibt eine Vorrichtung, mit der bei einer Schlauchpumpe Pulsationen
verhindert werden können. Bei dieser Vorrichtung sind zusätzlich zu den Pumpenschiebern
zwei weitere von der Nockenwelle angetriebene Schieber vorhanden, deren Antriebsnocken
sich von denjenigen der anderen Schieber unterscheiden. Die zusätzlichen Schieber
sind so gesteuert, daß sie eine gegenphasige Pulsation erzeugen und in denjenigen
Zeiten, in denen die normalen Schieber einen Rückfluß verursachen würden, einen Druck
aufbauen. Die Mediendrücke, die durch die normalen Pumpenschieber und die zusätzlichen
Schieber erzeugt werden, ergänzen sich gegenseitig in der Weise, daß ein nahezu konstanter
Förderdruck erreicht wird. Nachteilig ist jedoch, daß ein erheblicher Aufwand an zusätzlichen
Bauelementen erforderlich ist, daß die Pumpe in ihren baulichen Abmessungen vergrößert
wird und daß auch eine erhöhte Reibung auftritt.
[0005] Aus US 4 952 124 ist eine Fingerpumpe bekannt, mit der das Problem des Rückflusses
vermieden oder vermindert werden soll, indem zwei der im mittleren Bereich der Pumpenlänge
vorgesehenen Finger breiter sind als die übrigen Finger. Durch Verbreiterung ausgewählter
Pumpenfinger wird der mechanische Aufbau der Pumpe komplizierter bzw. im Falle der
Verdopplung einzelner Pumpenfinger wird eine größere Anzahl von Fingern benötigt.
[0006] Eine mögliche Lösung des Problems würde darin bestehen, in dem Schlauch-Überleitungssystem
ein Rückschlagventil anzuordnen. Hierdurch würde jedoch das Überleitungssystem, das
aus Einmalartikeln besteht, verteuert werden. Es würden sich hohe Betriebsfolgekosten
ergeben.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, wirkungsvolle und das Pumpsystem
nicht behindernde oder belastende Maßnahme zur Verminderung der Pulsation bzw. des
Rückzuges bei einer Schlauchpumpe anzugeben.
[0008] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmalen.
[0009] Bei der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe ist der in Förderrichtung letzte Schieber
derart gesteuert, daß er auch im zurückgezogenen Zustand den Schlauch noch teilweise
zusammengedrückt hält. Während die übrigen Schieber den Schlauch in der Rückzugsposition
jeweils freigeben, so daß der Schlauchquerschnitt sich wenigstens annähernd auf den
Ursprungszustand zurückstellen kann, wird der letzte Schieber nur zwischen der Schließposition
und einer teilweisen Öffnungsstellung des Schlauchs bewegt. Der Rückhub des Schiebers
erfolgt lediglich so weit, daß der Schlauchquerschnitt in einem Maße geöffnet wird,
daß keine strömungstechnischen Nachteile auftreten. Dadurch, daß der letzte Schieber
nur teilweise zurückgezogen wird, verkleinert sich das bei Neubeginn des Pumpzyklus
am Ende des Pumpenbereichs des Schlauchs freiwerdende Volumen. Das Verhältnis zwischen
freiwerdendem Volumen und nachgefördertem Volumen pro Zeiteinheit wird durch diese
Maßnahme wesentlich verringert, d.h. verbessert. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß das Fördervolumen pro Pumpzyklus durch die Einengung des Pumpenschlauchs nicht
beeinflußt wird. Das Fördervolumen der Pumpe wird während der Zeit definiert, in welcher
der erste und der letzte Schieber den Schlauch (gleichzeitig) zusammendrücken. Das
dann im Schlauch befindliche Volumen wird nachfolgend vorgetrieben und gefördert.
[0010] Vorzugsweise wirkt auf den letzten Schieber eine Rückhubbegrenzungseinrichtung ein,
die zweckmäßigerweise aus einem gehäusefesten Anschlag besteht. Dies hat den Vorteil
einer sehr einfachen Ausführungsform, die keinerlei zusätzliche Bauteile oder Komponenten
erfordert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Steuernocken des letzten Schiebers
in gleicher Weise ausgebildet sein kann wie die Steuernocken der übrigen Schieber.
Natürlich müssen sämtliche Steuernocken der Nockenwelle umfangsmäßig gegeneinander
versetzt sein. Die Schlauchpumpe kann daher generell mit den Komponenten üblicher
Schlauchpumpen aufgebaut werden, wobei lediglich in dem letzten Schieber ggf. ein
Schlitz vorzusehen ist, der es zuläßt, daß der zugehörige Steuernocken der Nockenwelle
sich weiterdreht, während dieser Schieber durch den die Rückhubbegrenzungseinrichtung
bildenden Anschlag festgehalten wird.
[0011] Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher erläutert.
[0012] Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Schnitt durch die Schlauchpumpe,
- Fig. 2
- in vergrößertem Maßstab die Einzelheit II aus Fig. 1,
- Fig. 3
- in gleicher Darstellung wie Fig. 1 den Zustand des gleichzeitigen Abquetschens des
Schlauchs am vorderen und hinteren Ende des Pumpbereichs zur Verdeutlichung des abgegrenzten
Fördervolumens und
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung des durch den letzten Schieber in der Rückzugsposition
verdrängten Volumens, das für den Rückzug des Fördermediums nicht mehr zur Verfügung
steht.
[0013] Die Schlauchpumpe 10 ist in einer frontseitigen Gehäusewand 11 des Gehäuses eines
Infusionsgerätes in einer Aussparung 12 montiert. Sie besteht aus dem starren Rahmen
13 mit dem Gegenlager 14, der Quetschvorrichtung 15 und der Andrückvorrichtung 16.
Der Rahmen 13 weist ein Basisteil 17 und vier davon abstehende Stangen 18 auf. An
zwei der Stangen 18 ist über ein Gelenk das Gegenlager 14 angebracht, das als aufklappbare
Tür ausgebildet ist und an den beiden anderen Stangen 18 mit einem Schnellverschluß
befestigt werden kann.
[0014] Ein (nicht dargestellter) Antriebsmotor, der an dem Pumpengehäuse 21 befestigt ist,
treibt über ein Untersetzungsgetriebe die in dem Pumpengehäuse 21 gelagerte Nockenwelle
22. Die Nockenwelle 22 besteht aus einer Welle 23 mit Sechskantprofil und auf dieser
Welle sitzenden Nockenscheiben 24, die jeweils eine Sechskantöffnung aufweisen und
dadurch drehfest auf der Welle 23 sitzen. Je zwei Nockenscheiben 24 bilden eine Doppelnockenscheibe.
Benachbarte Nockenscheiben sind umfangsmäßig um 30° zueinander versetzt auf der Welle
23 angeordnet und haben eine Exzentrizität von 2,5 mm, wodurch sich bei einer vollen
Umdrehung der Nockenscheibe ein Hub von 5 mm ergibt.
[0015] Jede der Nockenscheiben 24 treibt einen Schieber 25. Die Schieber sind in dem Pumpengehäuse
27 in seitlichen Nuten längsverschiebbar geführt und sie verlaufen durch Schlitze
26 der dem Gegenlager 14 zugewandten Wand des Pumpengehäuse hindurch, wobei am Ende
eines jeden Schiebers 25 ein verdickter Kopf 27 angeordnet ist. Das Lagerspiel der
Führungsnuten für die Schieber 25 ist so gewählt, daß sich die Köpfe benachbarter
Schieber gerade berühren, daß sich jedoch Toleranzen der Schieber bzw. der Köpfe nicht
addieren.
[0016] Die Köpfe 27 der Schieber sind von einer Membran 28 bedeckt, die an dem Pumpengehäuse
21 befestigt ist. Das Pumpengehäuse 21 weist ferner Flansche 29 auf, mit denen es
an der Gehäusewand 11 des Gerätegehäuses befestigt ist. Ein Blendrahmen 30, der bündig
und abdichtend in die Öffnung 12 der Gehäusewand 11 eingesetzt ist, bildet den äußeren
Abschluß des Pumpengehäuses. Dieser Blendrahmen umschließt die Membran 28.
[0017] Das Pumpengehäuse 21 ist mit Gleitbuchsen längs der Stangen 18 geführt, so daß der
Rahmen 13 relativ zu dem Pumpengehäuse 21 bzw. zur Quetschvorrichtung 15 in Längsrichtung
der Stangen bewegt werden kann. Wenn das Gegenlager 14 sich in der Schließstellung
befindet, ist es starrer Bestandteil des Rahmens 13 und kann mit diesem relativ zur
Gehäusewand 11 bzw. zu der darin befestigten Quetschvorrichtung 15 horizontal verschoben
werden.
[0018] An der Rückseite des Pumpengehäuses 21 ist eine aus mindestens einer Druckfeder bestehende
Federvorrichtung 33 abgestützt. Die Federvorrichtung 33 ist in einem mit dem Pumpengehäuse
21 verbundenen Rohr 34 enthalten, das teleskopisch in ein von dem Basisteil 17 nach
hinten abstehendes Rohr 35 eintaucht. Am Ende des Rohres 35 befindet sich eine Stellvorrichtung
36, die mit einem Gewinde in ein Innengewinde 37 des Rohres 35 eingreift und mit ihrem
Ende gegen die Federvorrichtung 33 drückt. Durch Drehen der Stellvorrichtung 36 kann
die Federkraft der Andrückvorrichtung 16 verändert werden. Die Federvorrichtung 33
greift an dem Basisteil 17 und an der Quetschvorrichtung 15 zentrisch an, d.h. entlang
der Mittelachse der Quetschvorrichtung. Am Rohr 34 ist ein Gleitstück 38 vorgesehen,
das ein reibungsarmes Gleiten der beiden Rohre 34 und 35 ermöglicht und das zusammen
mit den Gleitbuchsen 32 dafür sorgt, daß der Rahmen 13 in Bezug auf die Quetschvorrichtung
15 verkantungsfrei linear verschiebbar geführt ist.
[0019] Im Betrieb wird der Schlauch 40, der zwischen der Membran 28 und dem Gegenlager 14
vertikal verläuft, in jeder Phase der Umdrehung der Nockenwelle 22 durch mindestens
einen Schieber 25 okklusiv abgequetscht. Etwaige Toleranzen von Pumpe und/oder Schlauch
werden durch die Andrückvorrichtung 16 ausgeglichen, die durch die Federvorrichtung
33 bewirkt, daß der Rahmen 13 zusammen mit dem Gegenlager 14 gegen die Quetschvorrichtung
15, und somit auch gegen die Schieber 25 getrieben wird.
[0020] Auf der Auslaßseite der Schlauchpumpe ist am Pumpengehäuse 21 ein Drucktaster 39
verschiebbar angeordnet, der gegen die Membran 28 und gegen den Auslaßbereich des
Pumpenschlauchs drückt. Der Drucktaster 39 ist mit einem (nicht dargestellten) Sensor
gekoppelt, der die Stellung des Drucktasters 39 feststellt und dadurch den Ausgangsdruck
der Pumpe ermittelt.
[0021] Beim Betrieb der Schlauchpumpe steuert die Nockenwelle 22 die Schieber 25 so, daß
der Schlauch 40 fortlaufend von den Köpfen 27 zusammengedrückt und abgequetscht wird,
wobei das Zusammendrücken in Förderrichtung fortschreitet, also in den Zeichnungen
dieses Ausführungsbeispieles von rechts nach links. Die Schieber wirken auf den Pumpbereich
des Schlauchs in einem Abschnitt, der 360° des Pumpzyklus umfaßt, d.h. der erste und
der letzte Schieber sind gleichphasig gesteuert.
[0022] In Fig. 3 ist der Zustand dargestellt, daß der in Förderrichtung erste und der in
Förderrichtung letzte Schieber 25 beide im äußersten vorgeschobenen Zustand sind.
Die dazwischenliegenden Schieber 25 sind mehr oder weniger weit zurückgezogen, so
daß das in diesem Bereich vom Schlauch 40 eingeschlossene Volumen V
F das Fördervolumen darstellt, das in diesem Augenblick allseitig umschlossen ist und
das in Förderrichtung vorgeschoben wird. In der Rückzugsstellung der Schieber nehmen
die Köpfe 27 eine Position ein, die es dem Schlauch ermöglicht, den unverformten (runden)
Zustand anzunehmen. Der Schlauch selbst hat eine eigene Rückstellfähigkeit.
[0023] Der in Förderrichtung letzte Schieber 25a ist generell in gleicher Weise ausgebildet
wie die übrigen Schieber 25 und die ihn steuernde Nockenscheibe 24a hat die gleiche
Form wie die übrigen Nockenscheiben 24. Unterschiedlich ist, daß eine Rückhubbegrenzungseinrichtung
vorgesehen ist, die es dem Schieber 25a nicht erlaubt, sich soweit zurückzuziehen
wie die übrigen Schieber 25. Diese Rückhubbegrenzungseinrichtung besteht aus einem
Anschlag 42 der am Gehäuse 21 vorgesehen ist und gegen den der Kopf 27a des Schiebers
25a bei der Rückzugsbewegung stößt. Dieser Anschlag 42 ist so angeordnet, daß der
Schieber 25a in der äußersten Rückzugsstellung, also wenn sein Kopf 27a gegen den
Anschlag 42 stößt, die Hälfte des Schlauchdurchmessers (oder etwas mehr) einnimmt,
so wie dies aus Fig. 4 zu ersehen ist. In dieser Darstellung ist außerdem schraffiert
das Schlauchvolumen V₁ dargestellt, das bei der Rückzugsbewegung des Schiebers 25a
von der Freigabe ausgeschlossen wird und das zur Verkleinerung oder Eliminierung des
Rücksoges beiträgt. Würde der Schieber 25a sich so weit zurückbewegen wie die übrigen
Schieber, dann würde durch den sich in diesem Bereich aufweitenden Schlauch ein Rücksog
auftreten.
[0024] Damit die Steuerung der Nockenscheibe 24a nicht mit der durch den Anschlag 42 bewirkten
Rückhubbegrenzung kollidiert, ist in dem Schieber 25a ein Spalt 43 vorgesehen, in
dem sich die Nockenscheibe 24a bewegt und der eine Längsbewegung der Nockenscheibe
24a in Bezug auf den Schieber 25a zuläßt. Dadurch wird das erforderliche Bewegungsspiel
der Nockenwelle in Bezug auf den Schieber 25a erreicht. Im übrigen ist der Schieber
25a in gleicher Weise ausgebildet wie die Schieber 25 und die Nockenscheibe 24a ist
in gleicher Weise ausgebildet wie die Nockenscheiben 24.
1. Schlauchpumpe mit mehreren einen Schlauch (40) peristaltisch zusammendrückenden Schiebern
(25), die von einer Nockenwelle (22) angetrieben sind und Hubbewegungen gegen den
Schlauch (40) ausführen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der in Förderrichtung letzte Schieber (25a) derart gesteuert ist, daß er auch
im zurückgezogenen Zustand den Schlauch (40) noch teilweise zusammengedrückt hält.
2. Schlauchpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den letzten Schieber
(25a) eine Rückhubbegrenzungseinrichtung einwirkt.
3. Schlauchpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhubbegrenzungseinrichtung
ein gehäusefester Anschlag (42) ist und daß der letzte Schieber (25a) einen ein Bewegungsspiel
gegenüber der Nockenwelle (22) ermöglichenden Spalt (43) aufweist.