Dosierpumpe zur Förderung pastöser Medien mit hohen Anforderungen an die Hygiene und die Betriebssicherheit

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Dosierpumpe zur Förderung eines flüssigen oder pastösen Mediums, das von einem in einem Arbeitsraum (5) gelagerten elastischen Schlauch (1) umfasst ist, wobei der Arbeitsraum (5) einseitig durch eine bewegliche Haube (6) begrenzt ist, und wobei der Schlauch durch bewegliche Rollen (2) verformt wird und eine Mehrzahl von Sensoren die Funktion der Pumpe überwacht. Die Rollen (2) mit ihrem Antrieb (3) und die Sensoren sind durch eine Membran (4) von dem Arbeitsraum (5) abgetrennt. Die Signale der Sensoren werden durch eine gemeinsame elektrische Ansteuerung (27) oder durch eine Gruppe von elektrisch und signaltechnisch verbundenen Ansteuerungen verarbeitet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schlauchpumpe entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Stand der Technik

[0002] Schlauchpumpen sind bekannt und werden bevorzugt zur Förderung von pastösen Medien eingesetzt, vor allem in der Medizin und im Pflegebereich. Die Druckschriften DE 741972 und EP 1 317 626 zeigen beispielhafte Schlauchpumpen.

[0003] Die Funktion der Schlauchpumpe muss in vielen Anwendungen überwacht werden, und zwar auf saugseitige Störungen, auf druckseitige Störungen, auf Lufteinschlüsse im Medium, auf ein Schließen der Haube des Arbeitsraums, die Öffnung der Schlauchklemme und auf Störungen des Antriebssystems. Dazu werden mehrere Sensoren eingesetzt, die als solche bekannt sind. Die Zahl der Sensoren beeinflusst die Kosten der Pumpe und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Sensoren, wobei in manchen Anwendungen die Ausfallwahrscheinlichkeit der Sensoren höher ist als die Ausfallwahrscheinlichkeit des Pumpenantriebs.

[0004] Der Schlauch muss regelmäßig ausgewechselt werden und der Arbeitsraum, in dem der Schlauch verformt wird, muss regelmäßig gereinigt werden. In bekannten Schlauchpumpen sind die Sensoren in unmittelbarer Nähe zu dem Schlauch angeordnet und sie erschweren damit den Schlauchwechsel und die Reinigung des Arbeitsraums.

Aufgabe

[0005] Mittels dieser Erfindung soll das Auswechseln des Schlauchs und die Reinigung des Arbeitsraums erleichtert werden. Außerdem soll entweder die Zahl der Sensoren vermindert werden oder bei einer unverminderten Zahl der Sensoren die Sicherheit der Überwachung durch die Sensoren verbessert werden, wobei sich mindestens einige Sensoren gegenseitig überwachen.

Lösung

[0006] Die Lösung der Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs beschrieben, die Unteransprüche bilden die technische Lehre fort. Der letzte Anspruch ist ein Nebenanspruch und beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Pumpe.

[0007] Das Auswechseln des Schlauches wird vor allem dadurch erleichtert, dass die Sensoren hinter einer Membran außerhalb des Arbeitsraums angeordnet sind und dass auch die Rollen zur Verformung des Schlauchs hinter dieser Membran liegen. Bei dem Auswechseln wird lediglich die Haube geöffnet, der alte Schlauch mit seiner Schlauchklemme herausgenommen, der neue Schlauch mit seiner Schlauchklemme eingelegt und die Haube geschlossen. Beim Schließen der Haube wird die Schlauchklemme geöffnet, weil eine Funktionsfläche der Haube die Schlauchklemme gegen einen Stößel drückt und dieser Stößel die Schlauchklemme öffnet.
Die Membran erleichtert auch die Reinigung des Arbeitsraums erheblich, weil dadurch die zu reinigenden Flächen nur wenige Strukturelemente aufweisen. Durch die gemeinsame Anordnung der Sensoren hinter der Membran wird die vorteilhafte Anordnung aller Sensoren auf einer gemeinsamen Platine erleichtert.
Ein weiterer Vorteil für die Bauweise der Pumpe ergibt sich, wenn man auch die elektrische Ansteuerung zur Energieversorgung der Sensoren, zur Auswertung der Sensorsignale und zur Erzeugung von Meldungen auf der genannten gemeinsamen Platine anordnet.
Es ist vorteilhaft, alle Sensoren mit einer gemeinsamen elektrischen Ansteuerung zu verbinden, aber es kann auch erforderlich sein, die elektrische Ansteuerung in mehrere Baugruppen aufzuteilen, die elektrisch und signaltechnisch verbunden sind.
Die Zahl der Sensoren lässt sich vermindern, wenn man die gegenseitige Beeinflussung der zu überwachenden Zustände nutzt. So wirkt sich zum Beispiel der saugseitige Druck im Schlauch auf die Spannung der saugseitig angeordneten Schlauchklemme aus, und eine Messung dieser Spannung erlaubt einen Rückschluss auf den saugseitigen Druck.

[0008] Ein anderes Beispiel für die Nutzung der gegenseitigen Beeinflussungen ist die Wirkung der Drücke im Schlauch vor und hinter den Rollen auf den Abstand der Rollen von dem Lager des Schlauchs, ist die Summe der Drücke zu hoch, erhöht sich der genannte Abstand.
Die beschriebenen gegenseitigen Beeinflussungen können statt zur Verminderung der Zahl der Sensoren auch dazu genutzt werden, die Sensoren selbst zu überwachen oder die Sicherheit der Pumpen-Überwachung zu verbessern. Dabei müssen die Beeinflussungen allerdings bekannt sein, sie lassen sich während der Entwicklung der Pumpe messen und dann in der Form von Tabellen oder Funktionen in der elektrischen Ansteuerung ablegen und bei der Auswertung nutzen. Die gegenseitigen Beeinflussungen sind von der Masse und der Viskosität des zu pumpenden Mediums abhängig, die Tabellen oder Funktionen müssen das berücksichtigen.

Anwendung

[0009] Die erfindungsgemäße Pumpe ist in der Medizintechnik und im Pflegebereich zur Förderung und Dosierung von hochviskosen oder pastösen Medien einsetzbar.

[0010] Bilder: Fig. 1 zeigt den Arbeitsraum der erfindungsgemäßen Pumpe.

Beispielhafte Ausführung

[0011] Eine Pumpe gemäß Fig. 1 dient zur Förderung eines flüssigen oder pastösen Mediums, das von einem in einem Arbeitsraum (5) gelagerten elastischen Schlauch (1) umfasst ist. Dabei wird der Schlauch durch bewegliche Rollen (2) verformt und eine Mehrzahl von Sensoren überwacht die fehlerfreie Funktion der Pumpe.

[0012] Die Rollen mit ihrem Antrieb (3) und die Sensoren sind durch eine Membran (4) von dem Arbeitsraum (5) abgetrennt, damit der Arbeitsraum leicht und gründlich gereinigt werden kann.

[0013] Der Arbeitsraum ist auch durch eine bewegliche Haube (6) begrenzt, die nach dem Einlegen des Schlauchs geschlossen wird und den Arbeitsraum schützt. Auf einer Platine (28) unter der Membran (4) sind vorzugsweise folgende Sensoren angeordnet:

• ein kapazitiver Sensor (11) zum Erkennen von Luftblasen im Schlauch.
• ein elektromechanischer Wegsensor (12), der die Position eines kraftbetätigten Stößels (13) überwacht, wobei der Stößel (13) das Vorhandensein, die Lage und die Arbeitsstellung einer Schlauchklemme (14) abtastet.
• ein elektromechanischer Wegsensor (15), der die Position eines kraftbetätigten Stößels (16) überwacht, der den Schlauch (1) saugseitig der Rollen (2) abtastet, um Förderstörungen auf der Saugseite zu erkennen.
• einen elektromechanischen Wegsensor (17), der die Position eines kraftbetätigten Stößels (18) überwacht, der den Schlauch (1) druckseitig der Rollen (2) abtastet, um Förderstörungen auf der Druckseite zu erkennen.
• ein elektromechanischer Wegsensor (19), der die Lage eines federbelasteten schwenkbaren Trägers (21) abtastet, der einen Rollenkopf (22) lagert, wobei der Rollenkopf die Rollen (2) führt, und wobei der Wegsensor (19) vorrangig Störungen in der Funktion der Rollen oder des Rollenkopfes erkennen soll.

[0014] Die Signale der Sensoren werden durch eine nicht dargestellte elektrische Ansteuerung (27) verarbeitet, und die Sensoren sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Platine (28) angeordnet.
Die gemeinsame Platine (28) enthält vorteilhafterweise auch die elektrische Ansteuerung (27) zur Energieversorgung der Sensoren, zur Auswertung der Sensorsignale und zur Meldung von Störungen.

[0015] Der Stößel (13) öffnet die Schlauchklemme (14), wenn die bewegliche Haube (6) geschlossen wird, weil eine Fläche (23) an der Haube die Schlauchklemme gegen den Stößel drückt. Damit wird sichergestellt, dass die Schlauchklemme nur dauerhaft geöffnet wird, wenn die Haube geschlossen ist.
Der Wegsensor (12) zur Überwachung der Schlauchklemme kann die Funktion des Wegsensors (15) zur Überwachung der Saugseite des Schlauches überprüfen oder mit übernehmen, wenn eine Schließfeder (24) der Schlauchklemme (14) mit einer Druckfeder (25) des Stößels (13) und mit dem elastischen Schlauch (1) im geschlossenen Zustand der Haube (6) ein Kraftgleichgewicht einnehmen, und zwar bei einer Lage des Stößels (13), die nicht durch einen mechanischen Anschlag bestimmt ist. Wegen der kraftbestimmten veränderlichen Lage des Stößels (13) wirkt sich der Druck im Schlauch auf das Kraftgleichgewicht und auf die Lage des Stößels aus.

[0016] Der Wegsensor (19) zur Überwachung der Lage des Trägers (21) kann die Funktion des Wegsensors (17) zur Überwachung der Druckseite und/oder des Wegsensors (12) zur Überwachung der Schlauchklemme überprüfen oder mit übernehmen, wenn die den Träger (21) beaufschlagende Druckfeder (26) im Betrieb der Pumpe mit dem elastischen Schlauch ein Kraftgleichgewicht einnimmt, und zwar bei einer Lage des Trägers (21), die nicht durch einen mechanischen Anschlag bestimmt ist. Wegen der kraftbestimmten veränderlichen Lage des Trägers wirkt sich der Druck im Schlauch auf das genannte Kraftgleichgewicht und auf die Lage des Trägers (21) aus.

[0017] In der elektrischen Ansteuerung (27) werden vorteilhafterweise die Signale der Wegsensoren (15), (17) und (19) miteinander verarbeitet, um Aussagen über Störungen der Pumpe mit größerer Sicherheit zu erhalten und/oder den Ausfall eines der Sensoren zu erkennen. Dazu enthält die elektrische Ansteuerung (27) in der Entwicklungsphase der Pumpe ermittelte Tabellen oder mathematische Funktionen, die Sollzustände der Sensoren in Abhängigkeit von der Dichte und der Viskosität des geförderten Mediums beschreiben. Die elektrische Ansteuerung ist dazu eingerichtet, erkannte Störungen durch elektrische Signale an eine übergeordnete Steuerung oder an optische Anzeigen zu melden. Die elektrische Ansteuerung ist zur Übernahme der beschriebenen Aufgaben vorzugsweise mit einem Mikrokontroller und einem darin enthaltenen oder daran angeschlossenen Informationsspeicher für die Tabellen, die Einstelldaten und das Steuerprogramm ausgerüstet.

Verfahren zum Betrieb

[0018] In der Entwicklungsphase der Pumpe werden Tabellen oder mathematische Funktionen ermittelt, die Sollzustände mehrerer Sensoren der Pumpe in Abhängigkeit von der Dichte und der Viskosität des geförderten Mediums beschreiben und im Betrieb der Pumpe werden die Messwerte der Sensoren von der elektrischen Ansteuerung (27) mit den genannten Tabellen oder den mathematischen Funktionen verglichen, wobei Ausfälle oder Fehlfunktionen einzelner Sensoren erkannt und gemeldet werden oder Störungen im Betrieb der Pumpe mit größerer Sicherheit als bei der Auswertung von Einzelsensoren entdeckt und gemeldet werden.

Liste der Bezugszeichen

[0019] 

1. Schlauch

2. Rolle

3. Antrieb

4. Membran

5. Arbeitsraum

6. Haube

11. Kapazitiver Sensor

12. Wegsensor

13. Stößel

14. Schlauchklemme

15. Wegsensor

16. Stößel

17. Wegsensor

18. Stößel

19. Wegsensor

21. Träger

22. Rollenkopf

23. Fläche (zur Betätigung)

24. Schließfeder

25. Druckfeder (für Stößel (13))

26. Druckfeder (für Träger (21))

27. Ansteuerung

28. Platine

Ansprüche

1. Pumpe zur Förderung eines flüssigen oder pastösen Mediums, das von einem in einem Arbeitsraum (5) gelagerten elastischen Schlauch (1) umfasst ist, wobei der Arbeitsraum (5) einseitig durch eine bewegliche Haube (6) begrenzt ist, und wobei der Schlauch durch bewegliche Rollen (2) verformt wird und eine Mehrzahl von Sensoren die Funktion der Pumpe überwacht, dadurch gekennzeichnet, dass
die Rollen mit ihrem Antrieb (3) und die Sensoren durch eine Membran (4) von dem Arbeitsraum (5) abgetrennt sind, wobei die Signale der Sensoren durch eine gemeinsame elektrische Ansteuerung (27) oder durch eine Gruppe von elektrisch und signaltechnisch verbundenen Ansteuerungen verarbeitet werden.

2. Pumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ansteuerung (27) und die Sensoren auf einer gemeinsamen Platine (28) angeordnet sind.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Sensoren einen kapazitiven Sensor (11) zum Erkennen von Luftblasen enthält.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Sensoren einen elektromechanischen Wegsensor (12) enthält, der die Position eines kraftbetätigten Stößels (13) überwacht, wobei der Stößel (13) das Vorhandensein, die Lage und die Arbeitsstellung einer Schlauchklemme (14) abtastet.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Sensoren einen elektromechanischen Wegsensor (15) enthält, der die Position eines kraftbetätigten Stößels (16) überwacht, der den Schlauch (1) saugseitig der Rollen (2) abtastet.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Sensoren einen elektromechanischen Wegsensor (17) enthält, der die Position eines kraftbetätigten Stößels (18) überwacht, der den Schlauch (1) druckseitig der Rollen (2) abtastet.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Sensoren einen elektromechanischen Wegsensor (19) enthält, der die Lage eines von einer Druckfeder (26) beaufschlagten verschieblichen Trägers (21) überwacht, wobei der Träger einen Rollenkopf (22) lagert und der Rollenkopf die Rollen (2) führt.

8. Pumpe nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (13) die Schlauchklemme (14) öffnet, wenn die bewegliche Haube (6) geschlossen wird, wobei eine Fläche (23) an der Haube die Schlauchklemme gegen den Stößel drückt.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor (12) die Funktion des Wegsensors (15) überprüft oder mit übernimmt, indem eine Schließfeder (24) der Schlauchklemme (14) mit einer Druckfeder (25) des Stößels (13) und mit dem elastischen Schlauch (1) im geschlossenen Zustand der Haube (6) ein Kraftgleichgewicht einnehmen, und zwar bei einer Lage des Stößels (13), die nicht durch einen mechanischen Anschlag bestimmt ist.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor (19) die Funktion des Wegsensors (17) und/oder des Wegsensors (12) überprüft oder mit übernimmt, indem die den Träger (21) beaufschlagende Druckfeder (26) im Betrieb der Pumpe mit dem elastischen Schlauch ein Kraftgleichgewicht einnimmt, und zwar bei einer Lage des Trägers (21), die nicht durch einen mechanischen Anschlag bestimmt ist.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass in der elektrischen Ansteuerung (27) die Signale der Wegsensoren (15), (17) und (19) miteinander verarbeitet werden, um einerseits Aussagen über Störungen der Pumpe mit größerer Sicherheit zu erhalten und andererseits den Ausfall eines der Sensoren zu erkennen, wobei die elektrische Ansteuerung (27) in der Entwicklungsphase der Pumpe ermittelte Tabellen oder mathematische Funktionen enthält, die Sollzustände der Sensoren in Abhängigkeit von der Dichte und der Viskosität des geförderten Mediums beschreiben.

12. Verfahren zum Betrieb einer Pumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
in der Entwicklungsphase der Pumpe Tabellen oder mathematische Funktionen ermittelt werden, die Sollzustände mehrerer Sensoren der Pumpe in Abhängigkeit von der Dichte und der Viskosität des geförderten Mediums beschreiben
und dass im Betrieb der Pumpe die Messwerte der Sensoren in einer elektrischen Ansteuerung (27) mit den genannten Tabellen oder den mathematischen Funktionen verglichen werden, wobei Ausfälle oder Fehlfunktionen einzelner Sensoren erkannt und gemeldet werden oder Störungen im Betrieb der Pumpe entdeckt und gemeldet werden.

Zeichnung