DE20003059U1 - Schlauchpumpe - Google Patents

Description

Schlauchpumpe

Die Erfindung betrifft eine Schlauchpumpe in Form einer Stößelpumpe, mit einem Schlauch, zwei mit gegenseitigem Abstand auf den Schlauch gesteuert einwirkenden Quetschventilen, und einem zwischen den Quetschventilen angeordneten Pumpelement zum Austreiben des in dem Schlauchabschnitt zwischen den Quetschventilen befindlichen Flüssigkeitsvolumens.

Schlauchpumpen werden insbesondere in der Medizintechnik angewandt, um ein Medikament, eine Lösung oder eine Körperflüssigkeit zu pumpen. Ein besonderer Vorteil von Schlauchpumpen besteht darin, dass die Flüssigkeit während des Pumpens in der Schlauchleitung bleibt und nicht mit anderen Teilen als dem Schlauch in Berührung kommt. An medizinische Schlauchpumpen wird die Forderung einer reproduzierbaren Förderrate gestellt,

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die auch unabhängig von Alterung und Materialveränderungen ist. Ausserdem werden natürlich ein störungsfreier Betrieb und eine lange Lebensdauer erwartet.

In US 4,302,164 ist eine Schlauchpumpe in Form einer Fingerpumpe beschrieben, bei der eine Vielzahl frequentiell angeordneter Pumpelemente den Schlauch fortlaufend okklusiv verformt. Nach einem Zusammenquetschen des Schlauches durch die Pumpelementefolgt eine Rückformung durch Rückformelemente, die jeweils zwischen zwei Pumpenelementen angeordnet sind. Dadurch wird der Schlauch in seine ursprüngliche Querschnittsform zurückversetzt, wenn die Pumpelemente oder Finger die okklusive Position verlassen. Die Rückformung des Schlauchs erfolgt an Stellen, die gegenüber den Pumpelementen in Schlauchlängsrichtung versetzt angeordnet sind. Die Rückformung des Schlauchs fällt somit nicht mit der örtlichen Position der Verformung zusammen. Hierdurch entstehen zusätzliche Querkräfte, die die Materialeigenschaften des Schlauchs verändern. Dies macht sich in einem frühzeitigen Verschleiss und Rupturen in den Schlauchwandungen bemerkbar.

Eine Schlauchpumpe,.. von der der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht, ist beschrieben in US 4,479,797. Diese Schlauchpumpe weist zwei Quetschventile und ein dazwischen angeordnetes Pumpelement auf. Die Quetschventile quetschen den Schlauch punktuell ab, während das Pumpelement dazu dient, die Flüssigkeit aus dem eintrittsseitig abgequetschten Schlauchabschnitt auszutreiben. Bei dieser Schlauchpumpe erfolgt im Laufe der Zeit eine dauerhafte Verformung des Schlauchs durch das Pumpelement. Dadurch ändert sich das Füllvolumen.. Es wird keine zeitlich konstante Fördergenauigkeit erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlauchpumpe mit einem zwischen zwei Quetschventilen angeordneten Pumpelement zu schaffen, die eine hohe Konstanz der Volumenstromgenauigkeit bietet und bei der die Materialeigenschaften des Schlauchs die Volumenstromgenauigkeit nicht wesentlich beeinflussen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss .mit--den Merkmalen des Anspruchs 1. Hiernach ist im Bereich des Pumpelements mindestens ein quer zur Bewegungsrichtung des Pumpelements gesteuert angetriebenes Rückformelement zum Wiederherstellen des durch das Pumpelement deformierten Schlauchquerschnitts angeordnet. Bei der erfindungsgemässen Schlauchpumpe, bei der nur ein einziges Pumpelement vorhanden ist, welches auf einen längeren Schlauchabschnitt einwirkt, ist eine Rückformeinrichtung seitlich des Pumpelelements angeordnet, so dass Pumpelement und Rückformelement an derselben Schlauchlänge angreifen. Dadurch wird die Rückformung des Schlauchs nach jedem Quetschvorgang mit hoher Genauigkeit erreicht. Dadurch, dass die Pumpkraft und die Rückformkraft auf denselben Schlauchabschnitt einwirken, wird eine schonende Schlauchdeformierung bewirkt, mit der Folge einer geringen Schlauchbelastung und einer hohen Lebensdauer.

Vorzugsweise ist die Breite des Pumpelements nicht grosser als der Schlauchdurchmesser des unverformten Schlauchs. Dies bedeutet, dass das Pumpelement verhältnismässig schmal ausgebildet ist und dass das Rückformelement bzw. die Rückformelemente nicht von dem Pumpelement behindert werden. Es ist auch kein kammartiges Ineinandergreifen beider Elemente erforderlich.

Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, der selbständige Bedeutung hat, ist ein die Kraft des Pumpelements mes-

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sender Kraftsensor am Pumpelement oder einem Gegenlager vorgesehen. Dieser Kraftsensor kann dazu benutzt werden, Schlauchokklusionen festzustellen oder auch zur Steuerung der Bewegungsumkehr des Pumpelements bei Erreichen eines vorbestimmten Anpreßdrucks. Durch diese Art der Steuerung der Bewegungsumkehr entsteht ein kraftoptimiertes Verfahren, das einen sehr geringen Energiebedarf hat. Eine solche Steuerung eignet sich daher besonders für batteriebetriebene Pumpen.

Die Benutzung eines Kraftsensors hat ferner den Vorteil, dass der Schlauch nicht in solchem Maße gequetscht werden kann, dass seine Materialeigenschaften dadurch zeitlich verändert werden. Die Folge dieser schonenden Schlauchbehandlung ist eine deutlich verbesserte Konstanz der Beziehung zwischen Hubweg des Pumpelements und Querschnittsänderung des Schläuche in beiden Bewegungsrichtungen des Pumpelements.

Ferner kann ein den Hubweg des Pumpenelements messender Wegsensor vorgesehen sein, wobei eine Veränderung des Kraftsignals anhand der Grosse oder Veränderung des Wegsignals bewertet wird. Auf diese Weise kann ein durch die Arbeitsbewegung des Pumpelements bewirkter normaler Kraftanstieg von einem im Falle einer Schlauchokklusion auftretenden Kraftanstieg unterschieden werden, wobei letzterer zur Auslösung von Alarm und/oder zum sofortigen Zurückfahren des Pumpelements führt.

Der Antrieb des Rückformelementes kann einen Energiespeicher, beispielsweise eine mechanische Feder oder eine Gasfeder, enthalten. Die bei der Verformung des Schlauchs aufgebrachte Kraft wird teilweise in den Energiespeicher geleitet und steht anschliessend für den Rückformprozess zur Verfügung.

Generell wird mit der erfindungsgemässen Schlauchpumpe ein

langzeitstabiler Volumenstrom erreicht. Der Pumpenschlauch ist

ein Einmal-Artikel, der mit relativ geringer Genauigkeit aus Kunststoff kostengünstig hergestellt werden kann.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der wesentlichen Funktionsteile der Schlauchpumpe am Ende der Füllphase,

Fig. 2 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 die Schlauchpumpe in der Entleerungsphase,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2,

Fig. 4 den Verlauf der Querschnittsfläche in Abhängigkeit vom Hubweg des Pumpelements, und

Fig. 5 den Verlauf des Kraftbedarfs des Pumpelements in Abhängigkeit vom Hubweg.

Die zeichnerisch schematisch dargestellte Schlauchpumpe weist einen Schlauch 10 auf, der entlang eines Gegenlagers 11 in einer (nicht dargestellten) Schlauchführung verlegt ist. Die Pumpe weist ein stromauf angeordnetes erstes Quetschventil Vl und ein stromabwärts angeordnetes zweites Quetschventil V2 auf. Die Quetschventile Vl und. V2 werden von einer nicht dargestellten Steuerung betätigt, beispielsweise von einer Nockensteuerung oder, von Einzelmagneten. Jedes der Quetschventile kann gegen

das Gegenlager 11 gedrückt werden und damit den Schlauch zusammenquetschen und somit den Schlauchdurchlass versperren.

Die beiden Quetschventile Vl und V2 sind mit gegenseitigem Abstand angeordnet und der zwischen ihnen befindliche Schlauchabschnitt 10a bildet die Pumpenkammer, die von den Quetschventilen am Einlass und am Auslass verschlossen werden können. Auf den Schlauchabschnitt 10a wirkt das Pumpelement 12, das die Form einer Platte hat. Das Pumpelement 12 wird bei einem Pumpenhub gegen den Schlauchabschnitt 10a gedrückt, um diesen flachzuquetschen. Danach wird das Pumpelement 12 wieder von dem Schlauch entfernt, so dass dieser sich zurückbilden kann.

An dem Pumpelement 12 ist ein Kraftsensor 13 vorgesehen, der die Grosse der von dem Pumpelement 12 auf den Schlauch 10' ausgeübten Kraft 14 mißt. Die Grosse dieser Kraft wird in einer Kraftmeßvorrichtung 15 ermittelt.

In der Ruheposition ist das stromaufwärts befindliche Quetschventil Vl geöffnet und das Pumpelement 12 befindet sich in der Rückzugsposition. Das stromabwärts befindliche Ventil V2 ist geschlossen, so dass sich im Schlauchabschnitt 10a der kreisrunde Querschnitt des Schlauchs mit Flüssigkeit aus einem Medikamentencontainer füllen kann. Die bei gefülltem Schlauchabschnitt 10a auf das Pumpelement 12 wirkende Kraft wird durch den Kraftsensor 13 erfaßt und als Mass für den im Schlauch herrschenden Druck herangezogen. Der Kraftsensor 13, der hier an dem Pumpelement 12 angebracht ist, kann alternativ auch am Gegenlager 11 vorgesehen sein.

Auch in dem Fall, dass der Schlauch 10 seine ursprüngliche kreisrunde Form nicht mehr einnehmen kann, wird dies von dem Kraftsensor 13 festgestellt, weil der auf den Kraftsensor wir-

kende Druck dann zu niedrig ist. Dieser zu niedrige Druck kann die Folge einer stromaufwärts befindlichen Okklusion oder die Folge einer massiven Änderung der Schlauchmaterialeigenschaften sein. Der Kraftsensor 13 bietet die Möglichkeit, abweichendes Füllvolumen und somit reduzierte Volumenströme vor Eintritt ihrer Auswirkungen zu erfassen.

In der Entleerungsphase, die in Fig. 2 dargestellt .ist, schließt das Quetschventil Vl, während das Quetschventil V2 öffnet und das Pumpelement 12 sich in Richtung des Gegenlagers 11 bewegt. Die einsetzende Verformung des Schlauchs 10 führt zu einer Änderung der Querschnittsfläche und somit zum Verdrängen von Flüssigkeit in Richtung zum Patienten. Gleichzeitig stellt der Kraftsensor 13 eine kontinuierliche Erhöhung der Andruckkraft fest. Diese Andruckkraft ist auch ein Mass für den im Schlauch sich aufbauenden Druck. Übersteigt dieser Druck einen gewissen Grenzwert, dann kann auf eine stromabwärts befindliche Okklusion geschlossen werden, wodurch eine einsetzende Unterförderung frühzeitig erkannt wird.

Die Verformung des Schlauchs.10 ergibt sich aus dem Hubweg des Pumpelements 12. In Fig. 4 ist die Querschnittsfläche A des Schlauchabschnitts 10a über dem Hubweg . s des Pumpelements 12 dargestellt. Der Schlauch ist so dimensioniert, dass der längs des Hubweges anfallende Kräftebedarf weitgehend konstant bleibt. In Fig. 5 ist der Kraftbedarf F über dem Hubweg s dargestellt. Die Kurve steigt relativ flach an. Im Falle einer vollständigen Okklusion ergibt sich jedoch ein überproportionaler Kraftanstieg, der mit der gestrichelten Linie 16 dargestellt ist. Dieser plötzlich einsetzende exponentielle Kraftanstieg wird durch den Sensor 13 erkannt und zur Umschaltung der Bewegungsrichtung des Pumpelements 12 und ggf. zur Alarmerzeugung benutzt.

In einem Speicher der Auswerteeinrichtung ist die in Fig. 5 dargestellte Kurve des Kraftbedarfs F über dem Hubweg s in Form einer Tabelle gespeichert. Wenn die vom Kraftsensor 13 gemessene Kraft bei einer Stelle des Hubweges s von dem Normalwert abweicht, wie bei 16 dargestellt, wird dies erkannt und für eine Störungsermittlung ausgewertet.

In Fig. 3 ist der Schlauch 10 während des Zusammendrückens durch das Pumpelement 12 dargestellt. Im Ursprungszustand des Schlauchs ist die Breite des Pumpelements 12 nicht grosser als der Aussendurchmesser des Schlauchs. Der Schlauchabschnitt 10a wirkt auf ein beweglich gelagertes Rückformelement 17, das quer zur Längsrichtung des Schlauchs bewegbar ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ein entsprechendes Rückformelement oder ein feststehendes Gegenlager 18 angeordnet. Bei dem Flachdrükken des Schlauchs 10 treibt dieser das Rückformelement gegen die Wirkung eines Energiespeichers 19, hier einer Feder, nach aussen. Das Rückformelement 17 ist bestrebt, den Schlauch 10 beim Rückhub des Pumpelements 12 wieder in die Ursprungsform zu versetzen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Rückformelement 17 mit einem Energiespeicher 19 versehen. Alternativ kann das Rückformelement 17 auch mit einem gesteuerten Antrieb versehen sein. In jedem Fall wird ein verzögerungsfreies Folgen des Schlauchs 10 auf alle Bewegungen des Pumpelements hin erreicht. Infolge des Energiespeichers 19 wird die mit der Verformung des Schlauchs aufgewandte Kraft teilweise gespeichert und steht für den Rückformprozess (Ventil V2 geschlossen und Ventil Vl geöffnet) zur Verfügung.

Claims (6)

1. Schlauchpumpe mit einem Schlauch (10), zwei mit gegenseitigem Abstand auf den Schlauch gesteuert einwirkenden Quetschventilen (V1, V2) und einem zwischen den Quetschventilen angeordneten Pumpelement (12) zum Austreiben des in dem Schlauchabschnitt (10a) zwischen den Quetschventilen (V1, V2) befindlichen Flüssigkeitsvolumens, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Pumpelements (12) mindestens ein quer zur Bewegungsrichtung des Pumpelements (12) bewegbares Rückformelement (17) zum Wiederherstellen des durch das Pumpelement (12) deformierten Schlauchquerschnitts angeordnet ist.

2. Schlauchpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückformelement (17) im wesentlichen auf dieselbe Schlauchlänge einwirkt wie das Pumpelement (12).

3. Schlauchpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Pumpelements (12) nicht grösser ist als der Schlauchdurchmesser des unverformten Schlauches (10).

4. Schlauchpumpe mit einem Schlauch (10), zwei mit gegenseitigem Abstand auf den Schlauch gesteuert einwirkenden Quetschventilen (V1, V2) und einem zwischen den Quetschventilen angeordneten Pumpelement (12) zum Austreiben des in dem Schlauchabschnitt (10a) zwischen den Quetschventilen (V1, V2) befindlichen Flüssigkeitsvolumens, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Kraft des Pumpelements (12) messender Kraftsensor (13) am Pumpelement (12) oder am Gegenlager (11) vorgesehen ist.

5. Schlauchpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Hubweg des Pumpelements (12) messender Wegsensor vorgesehen ist und dass eine Veränderung des Kraftsignals anhand der Grösse oder Veränderung des Wegsignals bewertet wird.

6. Schlauchpumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Rückformelements (17) einen Energiespeicher (19) enthält.