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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schlauchrollenpumpe mit einem
Stator, einem Rotor und einem Rotorantrieb, wobei der Rotor Schlauchrollen
umfasst.
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Bei
solchen Schlauchrollenpumpen wird zwischen den Rotor und die Schlauchrollenbahn
des Stators ein Schlauch eingelegt, welcher durch die Schlauchrollen
jeweils gegen die Schlauchrollenbahn gedrückt wird, so
dass durch die Rotation des Rotors und damit die Umlaufbewegung
der Schlauchrollen Flüssigkeit durch den Schlauch gepumpt
wird. Solche Schlauchrollenpumpen finden insbesondere in der Medizintechnik
eine Vielzahl von Anwendungen und kommen gerade in der Dialyse, insbesondere
der Hämo- oder Peritonealdialyse, zum Pumpen medizinischer
Flüssigkeiten wie Dialyseflüssigkeit oder Blut
zum Einsatz.
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Unter
den im Markt für Medizintechnik etablierten Schlauchrollenpumpen
für Einmal-Pumpschläuche dominiert nach wie vor
ein einfacher Basis-Typ. Diese seit langem bekannte Grundform einer
Schlauchrollenpumpe, auf welcher auch die Schlauchrollenpumpe der
vorliegenden Erfindung basiert, wird nun näher erläutert.
Die Bezugszeichen entsprechen dabei den auch in den 1 bis 8,
welche die Schlauchrollenpumpe der vorliegenden Erfindung zeigen,
verwendeten Bezugszeichen, wobei zur Erklärung von Grundfunktionen,
welche in der Schlauchrollenpumpe der vorliegenden Erfindung genauso
wie im Stand der Technik verwendet werden, ebenfalls auf diese Figuren
verwiesen wird.
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Dabei
besteht der Rotor aus dem drehend angetriebenen Nabenkörper 4,
an dem in der Regel zwei radial nach außen federunterstützt
drehende Schwingen 5 gelagert sind, an deren äußerem
Ende jeweils eine Schlauchrolle 9 befestigt ist, welche
den Schlauch 2 umlaufend gegen die Schlauchrollenbahn zu
quetschen sucht. Die Schlauchrollenbahn ist Bestandteil des ortsfesten
Teils der Schlauchrollenpumpe, welcher oft als Pumpbett oder Stator 1 bezeichnet
wird. 1 erklärt die funktionale Aufteilung der
Schlauchrollenlaufbahn in drei unterschiedliche Segmente. Das mittlere
Segment 17 (Okklusionsbereich) umfaßt etwa 180
Grad und stellt eine Zylinderfläche dar. In diesem Segment
wird der Schlauch von den Schlauchrollen vollständig okkludiert.
Die beidseitig spiegelbildlich anschließenden Segmente 18 (Übergangsbereiche)
erstrecken sich über zirka 20 ... 30 Grad. In diesem Bereich
nimmt der Radius der Rollenlaufbahn kontinuierlich zu, ohne daß der Pumpschlauch
außer Okklusion gerät. Vielmehr folgen die Schwingen
noch der Radiuszunahme, bis gegen Ende des Übergangsbereichs
der Punkt erreicht ist, an dem die Schwingen auf Anschläge
auflaufen, welche zwischen Nabenkörper und Schwinge angeordnet
sind und das weitere radiale Ausfahren der Schwingen und Schlauchrollen
begrenzen. Solche Anschläge sind bei jeder Schlauchrollenpumpe
vorgesehen und nicht bildlich dargestellt. Im daran beidseitig spiegelbildlich
anschließenden letzten Segment 19 (Öffnungsbereich)
nimmt der Radius der Rollenlaufbahn weiter zu, während
die Schwinge am genannten Anschlag verbleibt, bis der Pumpschlauch noch
vor Beginn des Pumpbettmaulbereichs 20 völlig außer
Eingriff durch die Schlauchrollen gekommen ist. In diesem Maulbereich
tritt der Pumpschlauch in das Pumpbett ein und verläßt
es wieder. Die vorgenannten Schwingenanschläge haben die
zusätzliche Aufgabe, das Anschlagen der Schlauchrollen
an die Schlauchrollenbahn bei ausgebautem Pumpschlauch zu verhindern.
Zu diesem Zweck sind die Anschläge so eingestellt, daß sie
einen Restspalt von zirka 1 mm zwischen Schlauchrolle und Rollenlaufbahn
zulassen, deutlich weniger als die doppelte Wandstärke
des okkludierten Pumpschlauchs (Okklusionsbedingung).
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Zur
Vermeidung des ungewollten Austritts des Pumpschlauchs aus dem Pumpbett
verfügen die marktüblichen Pumpen über
mehrere Schlauchführungsflügel 21, die
wie einzelne Zinken radial vom Nabenkörper nach außen
weisen und mit geringem stirnseitigen Abstand von zirka 1 bis 3
mm vor der Schlauchrollenlaufbahn enden. Die Schlauchführungsflügel
sind zur Reibungs- und Abriebsvermeidung zumeist mit drehbaren Rollen
bestückt und spielen beim Ein- und Ausfädeln des
Pumpschlauchs eine wichtige Rolle. Bringt man den Rotor in eine Drehstellung,
in der ein Schlauchführungsflügel in die Richtung
der Öffnung des Pumpmauls zeigt, so reichen die beidseitigen
Freiräume zu den benachbarten Stellen des Pumpbettmauls
aus, dass die Bedienperson die einströmseitige Hälfte
des Pumpschlauchs so tief in Richtung Pumpbettgrund einführen
kann, dass bei der nachfolgenden Einfädel-Drehbewegung
des Rotors der Schlauchführungsflügel den Schlauch überkämmt
und in das Pumpbett streicht. Da bei gewöhnlichen Schlauchpumpen
die Schlauchrollen bis an die Anschläge ausgefahren sind,
müssen die Schlauchführungsflügel so
viel Kraft auf die Schläuche ausüben, wie erforderlich
ist, um diesen in den zunächst zirka 1 mm breiten Spalt
zwischen Schlauchrolle und Rollenlaufbahn hineinzudrängen
und dabei die Schwingen gegen die Kraft der Federn zum Einschwenken
zu bringen, bis der Pumpschlauch vollständig eingefädelt
ist und von beiden Schlauchrollen überrollt ist. Der elastomere
Pumpschlauch verformt sich durch diese Kraftausübung und
versucht, in den Spalt zwischen der Schlauchrollenbahn und der Stirnseite
der Schlauchführungsflügel einzudringen. Um dies
sicher auszuschließen, darf bei den herkömmlichen Schlauchpumpen
der Abstand zwischen der Stirnseite der Schlauchführungsflügel
und der Schlauchrollenbahn nur bei etwa 2 ... 3 mm liegen. Ebenso
darf der Abrundungsradius der Führungsrolle zur Stirnseite
hin nicht viel größer sein als 1 mm, weil auch
so eine hinreichende Bedingung für das Einklemmen des Pumpschlauchs
beim Einfädelvorgang entstehen würde. Gelegentlich
klemmt sich der Pumpschlauch beim Einfädeln dennoch ein,
was in der Regel zur Schlauchbeschädigung führt
und den Pumpschlauchaustausch erfordert. Auch das diagonale Hineindrängen
des Pumpschlauchs in die Sollposition kann gelegentlich mit Beschädigungen
des Pumpschlauchs verbunden sein, welche zumeist auf die lokale Überlastung
beim Überschreiten der Stirnkanten der Schlauchrollen zurückzuführen
sind. Ein weiterer Störfall kann auftreten, wenn der Pumpschlauch
von der Bedienperson nicht ausreichend tief eingeführt
wird, so dass die Stirnseite des nächstgelegenen Schlauchführungsflügels
den Schlauch bei der Annäherung an die Schlauchrollenbahn
aufnehmen und beschädigen kann. Bei einem solchen Vorfall
kann auch das abtriebsseitige Kugellager der Rotorwelle überlastet
werden, was Tage oder Monate später einen Pumpenausfall
nach sich ziehen kann. Ein dritter und weitaus kritischerer möglicher
Störfall besteht darin, dass die Bedienperson nicht rechtzeitig
ihre Finger aus dem Pumpbett entfernt und dadurch die Gefahr von
Verletzungen durch die Kollision mit dem Schlauchführungsflügel
oder mit den Schlauchrollen besteht.
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Beim
Ausfädeln des Pumpschlauchs findet ein ähnliches
Prozedere auf der gleichen Seite des Pumpbettmauls statt: bei stillstehender
Pumpe in Winkelposition wie zuvor muß das einströmseitige Ende
des Pumpschlauchs so weit aus dem Pumpenbett herausgehoben werden,
dass nach dem Wiedereinschalten der Rotordrehbewegung der nächstgelegene
Schlauchführungsflügel unter dem Pumpschlauch
einkämmt und diesen ähnlich einer Reifenheberbewegung
aus dem Pumpbett herausschält. Auch hier kann es zu entsprechenden
Störfällen wie beim Einfädeln kommen.
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Wegen
der zuvor geschilderten Nachteile der manuell bestückten
Schlauchpumpen wurde bei Dialysemaschinen ein halbautomatischer
Mechanismus eingeführt, der wie folgt arbeitet: Der Pumpschlauch wird
beidseitig in einem als Clip bezeichneten Bauteil gehaltert, welcher
vom Personal beim Einlegen rastend in den Pumpmaulbereich eingeführt
wird. Dadurch kommt der Pumpschlauch in die Lage, welche er für
das nachfolgende Einfädeln benötigt, und ein Positionsmeldekontakt
wird ausgelöst. Auf diese Weise kann die Bedienperson die
Hände wegnehmen und den Startknopf für das nachfolgende
automatische Einfädeln betätigen. Das Ausfädeln
des Pumpschlauchsegments geschieht automatisch, indem der Rotor
in der Ausfädel-Startposition anhält und ein Hubaktor
den Clip mit einer Kipp-Bewegung so weit aus dem Pumpmaulbereich
heraushebt, wie es für das nachfolgende automatische Ausfädeln
benötigt wird.
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Der
eben beschriebene Mechanismus hat immer noch den Nachteil, dass
der Pumpschlauch starken mechanischen Beanspruchungen beim Ein- und
Ausfädeln ausgesetzt ist und dass kleine Fehler in der
Abstimmung der geometrischen und kräftemäßigen
Verhältnisse zwischen Maschine und Pumpschlauchsegment
zu Störungen führen können. Bei manchen
Anwendungsfällen ist der Mechanismus nicht anwendbar, da
er zwingend eine Verkippung des Pumpschlauchsegments zu Beginn der Ausfädelungsphase
erfordert, welche beispielsweise bei Kassettensystemen mit mehreren Pumpschlauchsegmenten
nicht durchführbar ist. Ein weiterer Nachteil des eben
beschriebenen Mechanismus besteht in dem erhöhten Raumbedarf
und in den erhöhten Herstellkosten, da zu dem ursprünglichen Rotormechanismus
eine zusätzliche elektrisch oder pneumatisch angetriebene
Lineareinheit zum Herausheben des Pumpschlauchsegments aus dem Pumpbett
hinzukommt.
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Zur
Erleichterung des Schlauchwechsels wurde deshalb teilweise versucht,
das Pumpschlauchbett in mehrere Teile aufzuteilen und diese radial
nach außen zu verfahren, um den Schlauch besser einlegen
bzw. entnehmen zu können. Hierbei ergibt sich jedoch das
Problem, dass die Trennfugen der segmentierten Schlauchrollenbahn beim
Pumpen fortlaufend überrollt werden, so dass Störungen
in der Pumpfunktion (wie z. B. eine zusätzliche Pulsation
oder eine Undichtigkeit) auftreten können und ein erhöhter
Verschleiß des Pumpschlauchs eine geringere Sicherheit
im Pumpbetrieb zur Folge hat. Zudem hat eine solche Lösung einen
erheblich gesteigerten Bauraumbedarf und weist viele zusätzliche
und nicht rotativ bewegliche Teile und Fugen auf, welche den technischen
Aufwand erhöhen, das Aussehen beeinträchtigen
(Fugenoptik), Schleifspuren an den Führungen und Gefahren
des Funktionsausfalls nach sich ziehen (Schmutz und zunehmende Reibung
beeinträchtigen die Funktion), die Abdichtung des Maschinenraums erschweren
und Gefahren des Einklemmens nach sich ziehen. Zudem kann auch ein
beliebig weit öffnendes Pumpbett nicht verhindern, dass
das Pumpschlauchsegment in Ausführungen als vorfixierte
Schleife weiterhin durch die bis zum Anschlag ausgefahrenen Rollen
radial nach außen geweitet und damit spreizend fixiert
wird, was den vollständigen Einbau nur unter Zuhilfenahme
der Hände möglich macht und den Ausbau durch Form-
und Kraftschluß behindert. Zudem ergibt sich weiterhin
die Problematik der Schlauchführungsflügel, welche
das bereits oben beschriebene Problemfeld nach sich ziehen.
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Aus
diesem Grund wird allgemein auf ein verstellbares Pumpbett verzichtet
und statt dessen der Rotor verstellbar ausgeführt. Hierbei
ist üblicherweise eine Verstellvorrichtung mit einem Verstellelement
vorgesehen, durch welches die Position der Schlauchrollen in radialer
Richtung verstellbar ist. Damit können zum sicheren Einlegen
des Schlauches zwischen Rotor und Schlauchrollenbahn die Schlauchrollen
durch die Verstellvorrichtung eingezogen werden. Hierdurch ist der
Pumpschlauch beim Ein- und Ausbau geometrisch vollkommen freigestellt.
Auch entfällt die Problematik einer segmentierten Pumprollenbahn.
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Dabei
ist aus
US 4,568,255 und
US 5,549,458 bekannt, die
Rollen manuell über einen Drehknopf in radialer Richtung
zu verstellen. Eine solche manuelle Verstellmöglichkeit
ist aber wenig benutzerfreundlich und außerdem äußerst
anfällig für Bedienfehler. Zudem sind die bekannten
manuellen Verstellmöglichkeiten konstruktiv sehr aufwendig.
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Eine
Verstellbarkeit der Rollen über einen eigenen Verstellantrieb
ist dagegen aus
WO
95/17598 A1 sowie
US
4,205,948 bekannt, wobei hier jedoch eine komplizierte
Gelenkanordnung sowie der außerhalb des Rotors angeordnete
komplizierte Verstellantrieb notwendig sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Schlauchrollenpumpe mit einer Verstellvorrichtung für
die Schlauchrollen zur Verfügung zu stellen, bei welcher
ein vollständiges Freilegen des Pumpschlauchsegments für
die Situation des Ein- und Ausbaus des Pumpschlauches für
deutlich verbesserte Ergonomie und Sicherheit beim Pumpschlauchwechsel
sorgt, wobei jedoch nur ein minimaler Mehrkostenaufwand im Vergleich
zu Schlauchpumpen ohne Verstellmöglichkeit erreicht werden soll,
und zudem eine gleichbleibende zuverlässige Pumpfunktion
im Vergleich zum bewährten Stand der Technik gewährleistet
sein soll. Zudem soll durch die Verstellvorrichtung nur möglichst
wenig zusätzlicher Bedarf an Bauraum sowie an Komponenten
der Mechanik, Elektronik und Software nötig werden. Zudem
soll sich auch in den Gebieten Design und Reinigungsverhalten keine
Verschlechterung ergeben.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe von einer Schlauchrollenpumpe gemäß Anspruch
1 gelöst. Eine solche Schlauchrollenpumpe mit einem Stator, einem
Rotor und einem Rotorantrieb, wobei der Rotor Schlauchrollen umfasst,
deren Position über eine Verstellvorrichtung mit einem
Verstellelement in radialer Richtung verstellbar ist, weist nun
erfindungsgemäß eine Bremsvorrichtung auf, wobei
die radiale Position der Schlauchrollen durch das Zusammenspiel
von Bremsvorrichtung und Rotorantrieb veränderbar ist.
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Im
Vergleich zu manuellen Verstellmöglichkeiten ergibt sich
hierdurch eine erheblich einfachere und sicherere Bedienung der
erfindungsgemäßen Schlauchrollenpumpe, ohne dass
hierzu ein eigener Verstellantrieb und eine komplizierte Mechanik
nötig wären. So kann als Antrieb des Rolleneinziehmechanismus
erfindungsgemäß der ohnehin vorhandene Rotorantrieb
zum Einsatz kommen, was eine kostensparende Umsetzung der vorliegenden
Erfindung garantiert. Auch ergibt sich keine unterschiedliche Funktionsweise
zu herkömmlichen Schlauchpumpen im Pumpbetrieb, so dass
die bewährte hohe Zuverlässigkeit im Pumpbetrieb
auch bei der vorliegenden Erfindung garantiert ist. Als zusätzliche
Elemente werden dabei im wesentlichen lediglich das Verstellelement
und die Bremsvorrichtung benötigt, so dass ein weitgehend
bauraumgleicher Mechanismus mit nur wenigen zusätzlichen
Bestandteilen und damit geringen Kosten ermöglicht wird.
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Dennoch
ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, durch vollständiges
geometrisches Freistellen des Pumpschlauchsegments nach Einziehen
der Rollen ein einfaches Einlegen und Entnehmen des einfachen Pumpschlauches,
eines vorfixierten Pumpschlauches (Clip) oder einer pumpschlauchbestückten
Kassette zu gewährleisten. Durch das gewählte
Prinzip ist die erfindungsgemäße Schlauchrollenpumpe insbesondere
auch zur Anwendung mit Kassetten geeignet, bei denen ein starrer
Kassettenkörper z. B. in eine Dialysemaschine eingelegt
wird und die Förderung der die Kassette durchströmenden
Flüssigkeit (wie z. B. Blut) durch eine Rollenpumpe vorgenommen
werden soll. In diesem Fall ist der in die Rollenpumpe einzulegende Schlauch
meist als von der Kassette abstehende Schleife ausgeführt.
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße
Schlauchrollenpumpe auch für solche Kassetten geeignet,
welche mit mehr als einem Pumpschlauch bestückt sind.
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Weiterhin
vorteilhafterweise ist in der erfindungsgemäßen
Schlauchrollenpumpe die Bremswirkung der Bremsvorrichtung durch
Betätigen eines Bremsaktors auslösbar. So kann
durch gezieltes Betätigen der Bremsvorrichtung die Verstellbewegung eingeleitet
werden. Die Verstellung der Schlauchrollen erfolgt damit komfortabel über
Betätigung von Bremsvorrichtung und Rotorantrieb.
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Vorteilhafterweise
wird hierzu der Bremsaktor der Bremsvorrichtung von der Steuerung
der Pumpe angesteuert. Insbesondere ist hierdurch auch ein automatisch
ablaufender Vorgang zum An- und Abkoppeln der Schlauchrollen an
das Pumpschlauchsegment möglich, so dass sich die Möglichkeit
der Pumpbettabdeckung unter Vermeidung von Verletzungsgefahren für
die Bedienperson ergibt.
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Weiterhin
vorteilhafterweise hemmt dabei die Bremsvorrichtung die Bewegung
des Verstellelements, so dass das Verstellelement gegenüber
dem Rotor durch Bremsen des Verstellelements und durch Drehen des
Rotors bewegt werden kann, um die Position der Rollen zu verändern.
Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Mechanik, bei welcher
der bestehende Rotor im wesentlichen unverändert übernommen
werden kann und lediglich ein entsprechend mit der Bremsvorrichtung
zusammenwirkendes Verstellelement vorgesehen werden muss.
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Vorteilhafterweise
ist dabei das Verstellelement koaxial zum Rotor drehbar gelagert.
Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Bewegungsgeometrie
für das Verstellelement, welches zum Aus- bzw. Einfahren
der Rollen lediglich abgebremst werden muss, während der
Rotor koaxial zum Verstellelement verdreht wird. Hier durch ergibt
sich ein konstruktiv äußerst einfacher und platzsparender
Mechanismus. Zu dem hat eine solche drehbare Lagerung des Verstellelements
bezüglich des Designs und der Reinigbarkeit erhebliche
Vorteile. Weiterhin vorteilhafterweise bildet das Verstellelement
dabei eine Verstellscheibe, welche koaxial zum Rotor drehbar gelagert
ist.
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Weiterhin
vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Verstellelement
am Rotor drehbar gelagert. Damit bilden Rotor und Verstellelement
vorteilhafterweise eine einzige Baugruppe, was wiederum eine einfache
und platzsparende Konstruktion erlaubt. Auch hier ergibt sich durch
die drehbare Lagerung wieder eine bessere Reinigbarkeit der Vorrichtung
sowie ein besseres Design. Hierbei kann im wesentlichen auf einen
bereits bekannten Rotor zurückgegriffen werden, an welchem
lediglich das Verstellelement drehbar gelagert werden muss.
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Vorteilhafterweise
dreht dabei bei der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe
das Verstellelement im Normalbetrieb mit dem Rotor mit. Die Lagerung des
Verstellelements erfolgt dabei vorteilhafterweise direkt und ohne
Kugellager, so dass eine bewußt konstruktiv erzeugte Lagerreibung
zwischen Verstellelement und der Lagerung am Rotor für
einen klapperfreien Pumpbetrieb sorgt. Lediglich zum radialen Verstellen
der Schlauchrollen wird dann das Verstellelement gegenüber
dem Rotor abgebremst und so gegenüber dem Rotor bewegt,
insbesondere verdreht.
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Weiterhin
vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Verstellelement
symmetrisch ausgeführt und/oder mit dem Rotor verrastbar,
insbesondere in einer Position, in welcher die Schlauchrollen ausgefahren
sind. Durch einen symmetrischen Aufbau des Verstellelements kann
verhindert werden, dass Schwingungen z. B. zwischen Stator und Rotor zu
ungewollten Verdrehungen zwischen Verstellelement und Rotor bzw.
zu einem ungewollten Klappern des Verstellelements führen,
da ein symmetrisch aufgebautes Verstellelement keine lageabhängig
unterschiedliche Reibkraftübertragung an der Drehlagerstelle
erfahren kann. Auch durch eine Verrastbarkeit des Verstellelements
mit dem Rotor z. B. in der Position, in welcher die Schlauchrollen
ausgefahren sind und in welcher sich das Verstellelement im Normalbetrieb
des Rotors befindet, kann ein ungewolltes Verdrehen zwischen Verstellelement
und Rotor sicher verhindert werden. Ebenso ist es denkbar, ein Element
zur Reibungssteigerung zwischen Verstellelement und Drehachse einzusetzen.
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Weiterhin
vorteilhafterweise hemmt bei der erfindungsgemäßen
Schlauchrollenpumpe die Bremsvorrichtung die relative Bewegung zwischen Stator
und Verstellelement. So wird das Verstellelement durch die Bremsvorrichtung
in seiner Bewegung gegenüber dem Stator gehemmt, während
der Rotor weiter über die Antriebswelle gegenüber
dem Stator gedreht wird und so eine Relativbewegung zwischen Rotor
und Verstellelement erzeugt wird. Durch einen solchen Mechanismus
ergibt sich eine besonders einfache und dennoch sichere Verstellmöglichkeit.
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Weiterhin
vorteilhafterweise umfasst der Rotor der erfindungsgemäßen
Schlauchrollenpumpe bewegliche Lagerelemente, an denen die Schlauchrollen
drehbar gelagert sind. Diese Lagerelemente können die Schlauchrollen
z. B. federbelastet nach außen gegen den Schlauch drücken.
Hier können als Lagerelemente z. B. die bereits aus dem
Stand der Technik bekannten Schwingen verwendet werden, welche über
Schwingengelenke schwenkbar am Rotor angelenkt sind.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weisen erfindungsgemäß das
Verstellelement und/oder der Rotor eine Führung auf, welche
mit einem oder mehreren Gegenelementen zur radialen Bewegung der Schlauchrollen
zusammenwirkt. Durch die Relativbewegung von Verstellelement und
Rotor bewegen sich die Gegenelemente entlang der Führung
und erzeugen eine radiale Bewegung der Schlauchrollen. Hierdurch
ist ein ebenso einfacher wie platzsparender Mechanismus möglich,
welcher mit einem minimalen Mehrkostenaufwand im Vergleich zu bekannten Schlauchpumpen
auskommt. Die spezielle Form der Führung kann dabei optimal
an die benötigte Verstellgeometrie angepaßt werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführung ist dabei die Führung
am Verstellelement angeordnet, während die Gegenelemente
am Rotor angeordnet sind. Hier durch ergibt sich eine konstruktiv
besonders einfache Situation, da der bereits bestehende Rotor lediglich
mit den Gegenelementen ausgerüstet werden muss und die
Führung über das ohne hin neu zu konstruierende
Verstellelement übernommen wird.
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Weiterhin
vorteilhafterweise sind dabei die Gegenelemente und/oder die Führung
fest mit den Lagerelementen für die Schlauchrollen verbunden. So
werden die Lagerelemente der Schlauchrollen direkt durch das Zusammenspiel
aus Gegenelementen und Führung bewegt, wenn das Verstellelement
gegenüber dem Rotor bewegt, vorteilhafterweise verdreht
wird. In einer besonders vorteilhaften Ausführung sind
dabei die Gegenelemente direkt an den Lagerelementen für
die Schlauchrollen angeordnet, wobei sie weiterhin vorteilhafterweise
direkt an den auskragenden Achsabschnitten der Schlauchrollen angeordnet
sind. Die Gegenelemente können weiterhin vorteilhafterweise
aus Führungsrollen bestehen.
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Weiterhin
vorteilhafterweise bildet die erfindungsgemäße
Führung eine Kurvennut. In eine solchen Kurvennut können
die Gegenelemente eingreifen und werden bei einer Bewegung von Verstellelement
gegenüber dem Rotor durch die Kurvennut radial bewegt.
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Weiterhin
vorteilhafterweise bildet die Führung erfindungsgemäß eine
umlaufende Ringführung. Hierdurch entsteht ein wirksamer Überlastschutz
bei Störungen der Steuerungsvorgänge des Rotordrehwinkels
bei angezogener Bremse. Insbesondere wird ein Crash durch Anschlagen
eines Gegenelements gegen die Enden der Führung effektiv verhindert,
wobei die Steigung der Führung vorteilhafterweise gerade
so groß gewählt wird, dass der Rotormechanismus
auch bei ungewollten Drehbewegungen nicht überlastet werden
kann. Zudem ermöglicht eine als Ringführung ausgebildete
Führung ein Ein- und Ausfahren der Rollen, ohne dass die
Drehrichtung des Rotors geändert werden müßte.
Vielmehr wechseln sich bei einer solchen Ringführung Bereiche,
in welchen die Schlauchrollen ausgefahren sind, mit Bereichen, in
welchen die Schlauchrollen eingefahren sind, ab. Durch einfaches Weiterdrehen von
Verstellelement gegenüber Rotor kann so ein abwechselndes
Aus- und Einfahren der Schlauchrollen ermöglicht werden.
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Weiterhin
vorteilhafterweise besteht die erfindungsgemäße
Führung dabei aus zwei oder mehreren identischen Segmenten,
bei einer Ringführung insbesondere aus zwei oder mehreren
aufeinanderfolgenden identischen Segmenten. Durch die symmetrische
Konstruktion wird die Lagerwelle der Kurvenscheibe während
des Ein- und Ausfahrens der Rollen nicht mit Querkräften
belastet, somit die Reibung minimiert und die Auslegung auf geringe
Kräfte ermöglicht. Bei einer Ringführung
sind die zwei oder mehreren identischen Segmente dabei miteinander verbunden.
Vorzugsweise entspricht die Zahl der identischen Segmente der Anzahl
der Schlauchrollen.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weist die Führung spiralförmig
nach innen verlaufende Bereiche auf, welche den jeweiligen Gegenelementen
zur Bewegung der Schlauchrollen zugeordnet sind. Diese spiralförmig
nach innen verlaufenden Bereiche ziehen so die Gegenelemente bei
einer Relativbewegung von Verstellelement und Rotor nach innen und sorgen
für ein Einziehen der Schlauchrollen. Vorteilhafterweise
ist die Steigung der spiralförmig nach innen verlaufenden
Bereiche dabei so ausgelegt, dass das zur Bewegung der Schlauchrollen
in radialer Richtung benötigte Drehmoment über
den spiralförmigen Bereich im wesentlichen konstant ist.
Insbesondere ist es so möglich, der kontinuierlich ansteigenden
Federkraft beim Einziehen der Rollen eine kontinuierlich abnehmende
Steigung der Führung zuzuordnen, so dass ein gleichbleibendes
Drehmoment über den gesamten Einzugsweg der Schlauchrollen erreicht
wird. So kann die vorhandene Drehmomentkapazität des Rotorantriebs
in optimierter Weise zum Einziehen der Rollen genutzt werden und
der Rotorantrieb benötigt keine höhere Drehmomentauslegung
als ein herkömmlicher Rotorantrieb.
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Weiterhin
vorteilhafterweise sind die spiralförmig nach innen verlaufenden
Bereiche dabei durch Bereiche mit gegenläufiger und vorteilhafterweise
stärkerer Steigung verbunden. So können die Schlauchrollen
durch Weiterdrehen des Rotors wieder ausgefahren werden, wobei das
Ausfahren hier ohnehin in Richtung der Vorspannung der Schlauchrollen über
die Federn erfolgt. Auch wird ein Anschlagen der Gegenelemente an
Enden der Führung verhindert.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weist die Führung Bereiche ohne Steigung
oder mit einer Rastbeule auf, in welchen die Gegenelemente bei eingezogenen
Schlauchrollen ruhen. In beiden Fällen wird die Rückwirkung
zwischen Führung und Gegenelementen aufgehoben und die
Federn zur Vorspannung der Schlauchrollen bleiben gespannt, ohne
das Verstellelement zu bewegen. Deshalb ist es in der Position der
eingefahrenen Rollen möglich, die Bremsvorrichtung wieder
außer Eingriff zu bringen und den Rotorantrieb bei eingezogenen
Rollen abzuschalten. So kann in der Position ,Rollen eingefahren'
der Pumpschlauch gefahrlos und bequem entnommen bzw. eingesetzt
werden, wobei der Rotor in dieser Position weiterhin drehbar bleibt.
Zudem kann der Rotor in dieser Position gefahrlos entnommen und wieder
eingesetzt werden, etwa zu Reinigungs- oder Austauschzwecken.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße
Führung Bereiche auf, in welchen eine radiale Bewegung
der ausgefahrenen Schlauchrollen möglich ist, ohne dass
das Verstellelement gegenüber dem Rotor bewegt wird. Vorteilhafterweise entsprechen
diese Bereiche einer Position mit ausgefahrenen Schlauchrollen.
In dieser Position können die Schlauchrollen im Pumpbetrieb
ihre typische Pendelbewegung nach innen und nach außen
durchführen, ohne dass die Führung sie hierbei
einschränken würde. Weiterhin vorteilhafterweise
kann das Verstellelement auch um einen gewissen Winkelbereich um
diese Position mit ausgefahrenen Schlauchrollen verstellt werden,
ohne dass die Führung die Schlauchrollen bewegen würde.
So ergibt sich ein gewisses Spiel um die im normalen Pumpbetrieb
eingenommene Stellung des Verstellelements.
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Weiterhin
vorteilhafterweise ist der erfindungsgemäße Bremsaktor
am Stator angeordnet. So ergibt sich ein konstruktiv einfach aufgebautes
Verstellelement, welches nur wenig zusätzlichen Bauraum
z. B. am Rotor benötigt. Auch ist die Bremsvorrichtung
erheblich einfacher anzusteuern, da alle beweglichen Teile am Stator
ange ordnet sein können und das Verstellelement keine beweglichen
Teile aufweisen muss.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße
Bremsvorrichtung einen Bremsstift auf, welcher mit einer entsprechenden
Aussparung zusammenwirkt. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache
Bremsvorrichtung durch Formschluss, wobei z. B. lediglich der Bremsstift
in die entsprechende Aussparung eingeführt werden muss
und so das Verstellelement am Stator festlegen kann.
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Weiterhin
vorteilhafterweise ist dabei der Bremsstift am Stator und die Aussparung
am Verstellelement angeordnet. Dies ergibt eine besonders einfache
Konstruktion.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weist die Bremsvorrichtung alternativ eine bewegbare
Bremsbacke auf, welche mit einem starren Bremsgegenelement zusammenwirkt.
Auch so ergibt sich eine einfache Bremsvorrichtung, welche auf Kraftschluss
beruht.
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Vorteilhafterweise
ist dabei die Bremsbacke am Stator und das Bremsgegenelement am
Verstellelement angeordnet. Hierdurch kann das Verstellelement ohne
bewegliche Teile auskommen und die Bewegung der Bremsbacke über
den Bremsaktor vom Stator aus erfolgen.
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Weiterhin
vorteilhafterweise sind erfindungsgemäß am Rotor
Schlauchführungsflügel angeordnet, deren radialer
Abstand zur Schlauchrollenbahn des Stators größer
als das 2-fache, vorteilhafterweise größer als
das 3-fache der Wandstärke des verwendeten Schlauches ist.
Dies entspricht z. B. einem Abstand von mehr als 4 mm, vorteilhafterweise
von mehr als 6 mm. Hierdurch können die im Stand der Technik
auftretenden Probleme des Einklemmens und Abquetschens des Schlauches
effektiv verhindert werden, wobei die erfindungsgemäßen
kurzen Schlauchführungsflügel dadurch ermöglicht
werden, dass die Schlauchrollen zum Einlegen des Schlauches in den
Rotor eingezogen werden können und so nur ein geringer
Kraftaufwand zum Einführen des Schlauches durch die Schlauchführungsflügel
nötig ist.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weisen die Schlauchführungsflügel
dabei Führungsrollen auf, deren Abrundungsradius zur äußeren
Stirnseite hin größer als 20%, weiterhin vorteilhafterweise
größer als 40% vom Außendurchmesser des
Pumpschlauches ist. Auch dieser große Radius wird erst
durch die Verstellbarkeit der Schlauchrollen ermöglicht
und verhindert so das im Stand der Technik auftretende Einklemmen
des Schlauches.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels
und den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1:
eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Schlauchrollenpumpe
gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2:
einen Schnitt durch die Schlauchebene des Ausführungsbeispiels,
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3:
einen Schnitt durch die Kurvenscheibenebene des Ausführungsbeispiels,
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4:
einen Schnitt durch die Rotorachsenebene des Ausführungsbeispiels,
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5:
einen Schnitt durch die Rotorachsenebene im Bereich der Schlauchführungsflügel
des Ausführungsbeispiels,
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6:
einen Schnitt durch die Schlauchebene des Ausführungsbeispiels
bei eingezogenen Schlauchrollen,
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7:
einen Schnitt durch die Kurvenscheibenebene des Ausführungsbeispiels
bei eingezogenen Schlauchrollen und
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8:
einen Schnitt durch die Rotorachsenebene des Ausführungsbeispiels
im Bereich der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung.
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Der
allgemeine Aufbau des Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung basiert dabei auf dem bereits anfangs beschriebenen bewährten
Basis-Typ, so dass bezüglich dem prinzipiellen Aufbau und
der Pumpfunktion der vorliegenden Erfindung auf die Beschreibung
des Stands der Technik Bezug genommen wird. Bei den in 1 sichtbaren
Elementen unterscheidet sich die vorliegende Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik auch lediglich durch die kürzeres
und stärker abgerundeten Schlauchführungsflügel 21.
Sie ist in den Grundelementen des Rotors und des Stators aber ansonsten identisch
mit einer Schlauchrollenpumpe gemäß dem Stand
der Technik. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
weist deshalb im Pumpbetrieb auch die gleichen vorteilhaften Eigenschaften
der seit langer Zeit bewährten Schlauchrollenpumpen auf,
wobei nun jedoch durch die in den darauffolgenden Zeichnungen dargestellte
Verstellmöglichkeit ein erheblich vereinfachtes Einlegen
und Ausbauen des Schlauches möglich ist.
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Der
Rotor des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Schlauchrollenpumpe baut dabei auf dem herkömmlichen Rotor
auf, und wird lediglich durch das Hinzufügen eines als
Kurvenscheibe 10 ausgeführten Verstellelements,
zwei gleichen Kurvenrollen 11 als Gegenelementen für
die als Kurvennut 12 ausgeführte Führung
und einer Axiallagersicherungsscheibe zur koaxialen Lagerung der
Kurvenscheibe 10 am Rotor zu einem Rolleneinzugsrotor mit
Verstelleinrichtung für die Schlauchrollen ergänzt.
Damit ergibt sich ein zu herkömmlichen Schlauchpumpen weitgehend
bauraumgleicher Mechanismus, mit gegenüber bekannten Schlauchpumpen
nur minimal erhöhten Kosten. Zusätzlich muss lediglich
noch am Stator 1 eine Bremsvorrichtung 15 angeordnet
werden, wobei im Ausführungsbeispiel eine leicht und effektiv
abdichtbare Bremsvorrichtung über einen Bremsstift gewählt
wurde.
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Das
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun
anhand der 1 bis 8 näher
beschrieben. Die 1 bis 8 zeigen
dabei vereinfachte Darstellungen des Mechanismus in den Positionen „Rollen
ausgefahren" bzw. „Rollen eingefahren" und in verschiedenen
Drehwinkelstellungen des Rotors.
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Die
Rotorbaugruppe umfaßt dabei den Nabenkörper 4,
die Schwingen 5, die Schwingengelenke 6, die Federn 7,
die Rollenachsen 8, die Schlauchrollen 9, die
Kurvenscheibe 10, die Kurvenrollen 11, die rotierende
Welle des nicht gezeigten Rotorantriebs 3 und die rotorseitigen
Angriffstellen 16 der Bremseinrichtung 15 zur
Blockierung der Kurvenscheibe 10.
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Die
Statorbaugruppe umfaßt das Pumpbett 1 mit Pumpbettmaul 20,
die Schlauchrollenbahn 17 ... 19, die Lagerung
der Rotorwelle und die Aktorik der Bremseinrichtung 15.
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Die
Rotorbaugruppe unterscheidet sich von gewöhnlichen Rotoren
durch die zusätzlich unabhängig von der Nabe 4 drehbar
gelagerte Kurvenscheibe 10 und die verlängerten
Rollenachsen 8, an deren Enden unabhängig von
den Schlauchrollen 9 drehbare Kurvenrollen 11 angebracht
sind, welche in die Kurvennuten 12 der Kurvenscheibe eingreifen.
Die Kurvenrollen 11 können alternativ auch auf
an den Schwingen 5 befestigten separaten Achsen gelagert sein.
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Zum
Einfahren der Schlauchrollen 9 wird er Bremsmechanismus 15 aktiviert,
indem der statorseitige Bremsaktor eine reib- oder formschlüssige
Verbindung zwischen dem feststehenden Stator und der drehbar gelagerten
Kurvenscheibe herstellt (siehe 7 + 8).
Bei angezogener Bremse dreht nun der Rotorantrieb 3 den
Nabenkörper 4 um zirka 120 Winkelgrade (je nach
Auslegung der Kurvennut), bis die Kurvenrollen 11 in die
Position 13 „Rollen eingefahren" gelangt sind
(siehe 3 + 7). Durch die Federn 7 werden
die Schwingen 5, an denen die Schlauchrollen 9 gelagert
sind, und hiermit auch die Schlauchrollen 9 und die Kurvenrollen 11 stets
radial nach außen gedrückt. Deshalb fahren die
Kurvenrollen 11 nur auf den radial nach außen
weisenden Laufbahnen der Kurvennuten 12. Die Kurvennuten 12 verlaufen
im Winkelbereich des Rolleneinzugs spiralförmig nach innen
und verwandeln die Drehbewegung des Rotors in eine Einzugsbewegung
der Schlauchrollen 9.
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Durch
die in weiten Grenzen wählbaren Steigungsverhältnisse
der Kurvennuten 12 ist es möglich, der kontinuierlich
ansteigenden Federkraft beim Einziehen der Schlauchrollen 9 eine
kontinuierlich abnehmende Steigung der Kurvennut 12 zuzuordnen,
so dass ein gleichbleibendes Drehmoment erreicht wird. So wird die
vorhandene Drehmomentkapazität des Rotorantriebs 3 in
optimierter Weise zum Einziehen der Rollen 9 ausgenutzt.
Der Rotorantrieb 3 benötigt keine höhere
Drehmomentauslegung als ein herkömmlicher Rotorantrieb.
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Bei
vollständig eingezogenen Rollen 9 halten die Kurvenrollen 11 in
der Position 13 „Rollen eingefahren" die Kurvennut.
In dieser Drehwinkelstellung kann die Kurvennut eine Zone mit Nullsteigung
oder eine kleine Rastbeule aufweisen. In beiden Fällen wird
die Rückwirkung zwischen Kurvenscheibe 10 und
Schwingenbewegung aufgehoben und die Federn 7 bleiben gespannt,
ohne die Kurvenscheibe in eine Drehbewegung versetzten zu können.
Deshalb ist es in der Position „Rollen eingefahren" möglich, die
Bremse 15 wieder außer Eingriff zu bringen und den
Rotorantrieb 3 damit bei eingezogenen Rollen 9 abzuschalten.
Sinnvollerweise legt man den Bremsaktor bistabil energielos (Impulsschaltung)
oder als energielos außer Eingriff (Federrückstellung)
aus. Auf diese Weise wird Energie nur für den Stellungswechsel
der Bremse (Impulsschaltung) oder nur während der Ein-
oder Ausfahrbewegung der Rollen (Federrückstellung) verbraucht.
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Der
Rotor erreicht mit der Position 13 „Rollen eingefahren"
eine Stellung, in der die Pumpschläuche gefahrlos und bequem
entnommen werden können, und in der der Rotor gefahrlos
entnommen und wieder eingesetzt werden kann (etwa zu Reinigungs- oder
zu Austauschzwecken).
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Der
durch den Einzug der Schlauchrollen 9 entstehende Ringspalt
ist durch die geeignete Auslegung der Schwingenkinematik der Federn 7 und
der Kurvenscheibe 10 größer als der Außendurchmesser des
Pumpschlauchs. Damit wird ein kraftarmer Schlauchwechsel auch bei
nicht exakt koaxialer Ein- und Ausbaubewegung gewährleistet.
Beim Ausbau hat der Pumpschlauch durch den Pumpbetrieb im allgemeinen
eine rundere Form angenommen, so dass der Ausbau nach dem Einfahren
der Schlauchrollen 9 besonders einfach ist.
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Bei
der Wahl der Bremseinrichtung 15 sind vielfältige
Bauformen dankbar, je nach den vorhandenen Platzverhältnissen
und den zu verwendenden Bremsaktoren. Beispielsweise können
die Bremsaktoren wahlweise axial (wie in den Figuren dargestellt) oder
radial (wie bei einer Backenbremse) auf die Kurvenscheibe wirken.
Weiterhin kann die Bremswirkung durch reinen Formschluss (wie dargestellt), durch
Reibschluss (wie bei einer Backenbremse) oder durch kombinierten
Form- und Reibschluss (wie bei einer wellenverzahnten Drehmomentbegrenzung)
zustande kommen. Die dargestellte Stiftbremse bei reinem Formschluss
hat die Vorteile einer sehr preiswerten Realisierung mit hohen zulässigen
Toleranzen, eines minimalen Energiebedarfs und einer effektiven
und hygienischen Abdichtung der Durchtrittstelle des Bremsstiftes
durch den Statorboden. Mit reibschlüssigen oder ausreichend
feinen durchrutschverzahnten radial wirkenden Bremsenbauformen kann
man dagegen erreichen, dass der Rotor in beliebiger Drehposition
zum Ein- und Ausfahren der Rollen gebracht werden kann und bei Steuerungsfehlern
bei diesen Vorgängen gegen Drehmomentüberlast
gesichert ist. Bei allen geschilderten Bremsenbauformen kann man
wiederum zwischen einer asymmetrischen und einer symmetrischen Bauform wählen.
Bei der asymmetrischen Bauform wirkt nur ein Bremsaktor auf die
Kurvenscheibe ein. Die Gegenkraft muß also durch die Kurvenscheibenlagerung
und die Motorwelle als Querkraft aufgenommen werden. Möchte
man auch diese Querkraft und das dadurch erhöhte Drehmoment
beim Rolleneinzug vermeiden, so wählt man die symmetrische
Bremsenbauform mit zur Rotorachse punktsymmetrisch angeordneten
paarigen Bremsaktoren.
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Zum
Ausfahren der Schlauchrollen 9 wird wiederum die Bremse
angezogen und der Rotor in die entgegengesetzte Drehrichtung gedreht.
Dabei benötigt der Mechanismus von der Seite des Rotorantriebs
nur einen Anstoß von einigen Winkelgraden. Die restliche
Winkelbewegung bis zum Erreichen der Position 14 „Rollen
ausgefahren" kann in der Regel bei ausgeschaltetem oder sogar gebremsten
Rotorantrieb geschehen, da die sich entspannenden Federn 7 die
Rotordreh- und Rollenausfahrbewegung antreiben. Bei Verwendung der
bevorzugten Bauform der paarweise verbundenen Kurvennuten funktioniert das
Ausfahren der Rollen auch durch das Weiterdrehen des Rotors in die
gleiche Richtung wie beim Einfahren der Schlauchrollen 9 (siehe 7).
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In
der Position 14 „Rollen ausgefahren" ist die Kurvennut 12 radial
nach außen und nach innen verbreitert. Auf diese Weise
können die Schwingen 5 im Pumpbetrieb ihre typische
Pendelbewegung nach innen und nach außen (an den Festanschlag)
durchführen, ohne dass die Kurvenrollen 11 radial
nach außen oder nach innen an die Kurvennut 12 anschlagen.
Die Kurvenscheibe 10 wird nun wie in der Position „Rollen
eingefahren" nicht mehr durch die Federkräfte von den Kurvenrollen 11 aus
angetrieben und auch nicht mehr unter Spannung gesetzt. Die Kurvenscheibe 10 hat
in dieser Position ein Winkelspiel von einigen Grad in beide Richtungen,
bevor die Kurvenrolle 11 wieder Kontakt mit der Kurvenrollenlaufbahn
aufnehmen kann.
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Durch
die Reibung der einfachen kugellagerlosen Drehlagerung zwischen
Kurvenscheibe 10 und Nabenkörper 4 bleibt
die Kurvenscheibe in der gefundenen Drehstellung stehen. Die Bremseinrichtung 15 wird
außer Eingriff gebracht und der Pumpbetrieb kann beginnen
(siehe 4). In dieser Stellung kann alternativ die Energiezufuhr
an den Rotorantrieb und an den Bremsaktor abgestellt werden, ohne
dass sich daraus eine ungewollte Bewegung ergibt. Der Rotor kann
somit auch in der Position „Rollen ausgefahren" gefahrlos
aus dem Pumpbett ein- und ausgebaut werden.
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Im
Pumpbetrieb verhält sich der kurvenscheibenbestückte
Rotor wie ein herkömmlicher Schlauchpumpenrotor. Die Kurvenscheibe 10 ist
außer Eingriff zu den Bremsen 15 und außer
Eingriff zu den Kurvenrollen 11 und dreht sich mit dem
Rotor mit. Damit es nicht, etwa durch Schwingungen des Stators oder
Rotors, zu ungewollten Verdrehungen zwischen Kurvenscheibe 10 und
Nabenkörper 4 kommen kann, welche zu einem Klappern
der Kurvenrolle 11 an die Flanken der Kurvenrollenlaufbahn führen
könnte, ist die Kurvenscheibe streng symmetrisch konstruiert,
so dass sie keine lageabhängig unterschiedlichen Reibkraftübertragungen
an ihrer Drehlagerstelle erfahren kann. Die bewußt konstruktiv
erzeugte Lagerreibung zwischen Kurvenscheibe 10 und der
sie lagernden Rotorwelle sorgt für einen klapperfreien Pumpbetrieb.
Im Bedarfsfall ist es konstruktiv leicht möglich, auch
für die Position „Rollen ausgefahren" eine Rastung
zwischen Kurvenscheibe 10 und Nabenkörper 4 einzufügen,
etwa durch eine gefederte Rastnase, die zwischen Kurvenscheibe und
Nabenkörper an von der Kurvennut 12 unabhängig
gewählter Stelle eine Rastposition vermittelt oder durch
Reibungssteigerung durch eine wellige und federnd ausgeführte
Kurvenscheiben-Axiallagerscheibe.
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Gegenüber
Schlauchrollenpumpen aus dem Stand der Technik ergeben sich dabei
folgende Unterschiede und Vorteile:
Es ergibt sich ein zu den
herkömmlichen Schlauchpumpen weitgehend bauraumgleicher
Mechanismus mit nur einer zusätzlich notwendigen, leicht
und effektiv abdichtbaren Bremsstiftdurchführung durch den
Pumpbettgrund.
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Der
Rotor wandelt sich vom herkömmlichen Rotor zum Rolleneinzugsrotor
durch Hinzufügen von nur drei Bestandteilen: eine Kurvenscheibe 10,
zwei gleiche Kurvenrollen 11 und eine Axiallagersicherungsscheibe
für die Kurvenscheibe. Hierdurch ergeben sich lediglich
Mehrkosten für den Verstellmechanismus in Höhe
von wenigen Euro.
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Ein
vollständiges geometrisches Freistellen des Pumpschlauchsegments
nach Einziehen der Schlauchrollen 9 wird möglich,
und hierdurch ein einfaches Einlegen und Entnehmen eines einfachen Pumpschlauches,
eines vorfixierten Pumpschlauches (Clip) oder einer pumpschlauchbestückten
Kassette.
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Durch
das gewählte Prinzip ist die erfindungsgemäße
Schlauchrollenpumpe auch zur Anwendung mit Kassetten geeignet, welche
mit mehr als einem Pumpschlauch bestückt sind.
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Als
Antrieb des Rolleneinziehmechanismus kommt ein bau- und leistungstechninisch
unveränderter Rotorantrieb zum Einsatz; dadurch ist die
Erfindung kostensparend und bewährt zuverlässig.
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Die
erfindungsgemäße Schlauchrollenpumpe hat im Pumpbetrieb
keine unterschiedliche Funktionsweise zu herkömmlichen
Schlauchrollenpumpen, wodurch eine hohe bewährte Zuverlässigkeit und
ein besonders geringes Entwicklungsrisiko gewährt ist.
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Ein
automatisch ablaufender Vorgang zum An- und Abkoppeln der Schlauchrollen
an das Pumpschlauchsegment ist möglich, wodurch sich die Möglichkeit
zur Pumpbettabdeckung unter Verwendung von Verletzungsgefahren für
die Bedienperson ergibt.
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Die
Pumpschläuche sind nach ihrer Extrusion weitgehend gerade
und werden durch elastisches Biegen in die Form gebracht, die es
erlaubt, sie in das Pumpbett einzulegen und sich an der Außenseite
an die weitgehend runde Schlauchrollenbahn anzulegen. Gleichgültig,
ob der Pumpschlauch erst beim Einbau gebogen wird oder ob er schon
im Verlauf der Herstellung einer vorfixierten Pumpschlauchschleife oder
bei der Anbringung an Kassetten gebogen wird, entsteht bei der Biegung
keine runde Form, sondern eine annähernd ovale. Wenn die
Pumpschlauchlänge so ausgelegt ist, dass der Schlauch beim
Pumpen weder am Nabenkörper 4 schleift noch so
lang ist, dass er nicht mehr ins Pumpbett paßt, so entsteht eine
ovale Form derart, dass der größte Durchmesser
etwas größer ist als der Durchmesser der Schlauchrollenbahn.
Somit lässt sich der Pumpschlauch in einem Zug und ohne
Zuhilfenahme einer zweiten Hand in einen umlaufenden Ringspalt, wie
durch den Rolleneinzug realisiert, auf der Seite des Pumpbettmauls
ohne Widerstand bis an die erforderliche Stelle in das Pumpbett
einlegen, vor allem, wenn er durch einen Clip oder durch eine Kassette
gehaltert ist. Auf der dem Pumpbettmaul gegenüberliegenden
Seite der Schlauchrollenlaufbahn stößt dann aber
der Schlauch wegen des zuvor beschriebenen größeren
Oval-Durchmessers an die Einführschräge der Schlauchrollenbahn
an und gelangt reibungsbedingt nicht immer bis in die zum Pumpen
benötigte Tiefenposition. Infolgedessen muss der vollständige
Einbau durch Nachhelfen von Hand oder durch die anfangs beschriebene
Prozedur des automatischen Einfädelns mit dem rollenbestückten
Schlauchfüh rungsflügel 21 erfolgen. Ein wichtiger
Vorteil der eingefahrenen Rollen liegt nun darin, dass dieser Einfädelvorgang
bei sehr geringen Kräften erfolgreich verläuft,
so dass der Schlauchführungsflügel 21 im
Vergleich zu den sonst erforderlichen Schlauführungsflügeln
so kurz gestaltet werden kann, dass der Restspalt zwischen seiner
Stirnfläche und der Schlauchrollenlaufbahn größer
ist als die doppelte Wandstärke des Pumpschlauchs. Ebenso kann
der Abrundungsradius der Stirnfläche deutlich größer
gewählt werden als der herkömmliche. Damit können
eine Schlauchbeanspruchung durch Einklemmen des Pumpschlauchs und
eine Querkraftüberlastung der Rotorwelle vermieden werden.
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Der
eben beschriebene ablaufende automatische Einfädelvorgang
mit verkürzten und stark abgerundeten Schlauchführungsflügeln
setzt die Fähigkeit des beschriebenen Mechanismus voraus,
sich bei eingezogenen Rollen drehen zu können, was durch
die entsprechenden Positionen 13 ,Rollen eingefahren' der
Kurvennut 12 mit Nullsteigung oder einer Rastbeule erreicht
wird.
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Eine
Besonderheit stellt die Tatsache dar, dass ohne Ausbau des Pumpsegments
und mit geringem Steuerungsaufwand die Schlauchrollen 9 ein- und
ausgefahren werden können. Damit werden vor allem in medizinischen
Behandlungsgeräten neue Behandlungsverfahren möglich,
bei denen die schaltbare Durchzugstellung bewußt für
neue verfahrenstechnische Abläufe genutzt werden kann.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Mechanismus können
die Schlauchrollen 9 so weit nach innen eingezogen werden,
dass der Pumpschlauch völlig geometrisch freigestellt wird
und widerstandsarm entnommen werden kann. Der Einbau geschieht durch einfaches
rastendes Einsetzen des Pumpschlauchsegments mit anschließendem
automatischem Einfädeln in die vollständige Einbauposition.
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Im
erfindungsgemäßen Mechanismus weist die Kurvenscheibe
zwei symmetrische Kurvennutbereiche auf, deren Anfang und Ende bei
einer bevorzugten Ausführungsform durch je ein kurzes Stück
einer Nut mit stärkerer Steigung verbunden sind. Durch die
symmetrische Konstruktion wird die Lagerwelle der Kurvenscheibe 10 während
des Ein- und Ausfahrens der Schlauchrollen 9 nicht mit
Querkräften belastet, somit wird die Reibung minimiert
und die Auslegung auf geringe Kräfte ermöglicht.
Durch die Verbindung der beiden Nutsegmente zu einer umlaufenden
Ringnut 12 entsteht ein wirksamer Überlastschutz
bei Störungen in den Steuerungsvorgängen des Rotordrehwinkels
bei angezogener Bremse. Ein Crash durch Anschlagen der Kurvenrolle 11 an
die Enden einer Kurvennut kann nicht stattfinden. Die Steigung der
beiden Verbindungsnuten ist gerade so groß gewählt,
dass der Rotormechanismus auch bei ungewollten Drehbewegungen nicht überlastet
werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4568255 [0011]
- - US 5549458 [0011]
- - WO 95/17598 A1 [0012]
- - US 4205948 [0012]