專利名稱：微型泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型泵，該微型泵具有可轉(zhuǎn)動地并且周向地運動的轉(zhuǎn)子。所述微型泵可尤其在醫(yī)療應(yīng)用中用于給藥，用于非醫(yī)療應(yīng)用，或用于診斷的目的。
背景技術(shù)：
在國際申請W02005039674和W02007074363中描述了微型泵，該微型泵用于對少量液體或膏狀液體進行精確地給藥。轉(zhuǎn)子相對于殼體的轉(zhuǎn)動和軸向運動產(chǎn)生泵送作用，同時打開和關(guān)閉閥，以將液體抽吸到泵中并且將液體從泵排出。轉(zhuǎn)子上的曲線部與殼體上互補的凸輪協(xié)同操作，使得當(dāng)所述閥中的一個打開時，轉(zhuǎn)子軸向位移。當(dāng)兩個閥都關(guān)閉時，由于容納液體的腔的一定的彈性，所述液體基本不能壓縮，因此轉(zhuǎn)子的軸向位移基本為零。泵 中存在有空氣或者存在阻礙泵下游的液體流動的阻塞會影響轉(zhuǎn)子的軸向位移和泵的泵送特性。在許多醫(yī)療應(yīng)用中，諸如經(jīng)皮或在靜脈中投送液體藥物，極其不希望待施藥的液體中存在空氣。在藥物投送系統(tǒng)中也可能出現(xiàn)阻塞或泄漏，所述阻塞例如是由于血液凝固或?qū)Ч荞薨櫍蚋ǔ５厥怯捎诒硥旱氖┘雍屠鄯e。在許多傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，在系統(tǒng)中安裝有獨立的壓力傳感器，目的是檢測阻塞或泄漏，然而這種系統(tǒng)通常不適于可靠地檢測氣泡。而且，獨立傳感器的存在使得泵系統(tǒng)變得復(fù)雜，而且使得操作變得復(fù)雜且成本高。泵和壓力傳感器是獨立的，還有一定這樣的風(fēng)險，即，傳感器可能會在未被注意的情況下不正確地工作而不中斷泵的操作。泵系統(tǒng)的阻塞或泄漏的檢測或者泵中存在空氣的檢測在醫(yī)療領(lǐng)域之外的許多應(yīng)用中也是有用的。在許多應(yīng)用中，尤其對于單次或受限使用的泵送應(yīng)用而言，希望具有經(jīng)濟的一次性泵系統(tǒng)，該一次性泵系統(tǒng)能準(zhǔn)確、安全且可靠地泵送少量液體。這種應(yīng)用可以包括例如諸如胰島素泵的便攜藥物投送系統(tǒng)的泵、實驗室或消費者應(yīng)用中的液體計量系統(tǒng)、打印墨盒和許多其它應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種泵，所述泵準(zhǔn)確、可靠、緊湊并且制造成本低。有利的是提供一種微型泵，該微型泵尤其是制造成本有效的，使其可以作為一次性系統(tǒng)提供。有利的是給泵提供可靠的裝置，用于檢測泵中或泵的下游或上游中的阻塞或泄漏。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于醫(yī)療應(yīng)用的一次性微型泵，該微型泵經(jīng)濟、可靠并且安全，而且可以非常準(zhǔn)確地輸送少量液體。本發(fā)明的目的已通過提供根據(jù)權(quán)利要求I的泵而實現(xiàn)。本發(fā)明的其它目的已通過提供根據(jù)權(quán)利要求11或14的檢測泄漏或阻塞的方法而實現(xiàn)。在此公開的泵包括殼體和轉(zhuǎn)子，所述殼體包括轉(zhuǎn)子腔、敞開到轉(zhuǎn)子腔中的入口和出口通道以及安裝在所述腔的表面上的入口和出口密封件，所述轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動地并且可軸向滑動地接收在所述腔中，并且包括第一軸向延伸部和第二軸向延伸部，所述第一軸向延伸部包括一液體供給通道，所述第二軸向延伸部包括一液體供給通道，所述第一和第二軸向延伸部具有不同的直徑。入口和出口密封件接合轉(zhuǎn)子的表面，由此每個軸向延伸部的液體供給通道與對應(yīng)的密封件一起形成一閥，該閥作為轉(zhuǎn)子的角位移和軸向位移的函數(shù)而打開和關(guān)閉。所述入口和出口通道中的至少一個橫向地或徑向地敞開到轉(zhuǎn)子腔中，并且入口和出口密封件中的至少一個形成一封閉回路，該封閉回路圍繞所述入口和出口通道中的所述至少一個。在一有利實施例中，入口和出口通道都橫向地敞開到轉(zhuǎn)子腔中，并且入口和出口密封件每個都形成圍繞相應(yīng)的入口和出口通道的封閉回路。由入口或出口密封件圍繞的表面優(yōu)選地以小于180度的角度(a，0 )卷繞對應(yīng)的轉(zhuǎn)子延伸部。 在一個實施例中，轉(zhuǎn)子構(gòu)造成在小于360度的轉(zhuǎn)角上搖擺(oscillate)，前后運動構(gòu)成泵送循環(huán)。在另一個實施例中，轉(zhuǎn)子構(gòu)造成在單一方向上轉(zhuǎn)動，360度的轉(zhuǎn)角構(gòu)成泵送循環(huán)。轉(zhuǎn)子和殼體可以包括內(nèi)接合凸輪元件，以作為轉(zhuǎn)角的函數(shù)而實現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸向位移。在一有利變型中，所述凸輪元件包括雙側(cè)凸輪槽。雙側(cè)凸輪槽在一變型中可以具有變化的寬度，該變型構(gòu)造成能夠進行泄漏或阻塞檢測。在非搖擺的變型中，在泵填充期間的軸向位移可以由凸輪槽的一側(cè)上的凸輪段限定，并且在泵排出期間的軸向位移由凸輪槽的相對側(cè)上的凸輪段限定，相對的凸輪表面用作基準(zhǔn)表面，該基準(zhǔn)表面準(zhǔn)確地限定在每次循環(huán)所泵送液體的體積。在搖擺的變型中，凸輪槽包括第一部分和第二部分，所述第一部分限定在一個轉(zhuǎn)動方向上的軸向位移，所述第二部分限定在相反轉(zhuǎn)動方向上的軸向位移。在凸輪槽中對應(yīng)于轉(zhuǎn)動方向改變的轉(zhuǎn)換位置處凸輪槽可以有利地包括退出(st印down)部或不返回的點，其構(gòu)造成保證互補凸輪指從一個凸輪槽部分前進到另一個凸輪槽部分。在此還公開了檢測泵的阻塞或泄漏的方法，其包括以下步驟進行初始測量，包括使轉(zhuǎn)子沿向前泵送方向轉(zhuǎn)動至少一圈，并且將作為轉(zhuǎn)動位移輪廓的函數(shù)的軸向位移作為凸輪輪廓存儲在查閱表中；在隨后的泵送期間測量作為轉(zhuǎn)動位移的函數(shù)的轉(zhuǎn)子軸向位移；和將所測量的轉(zhuǎn)子位移與所存儲的凸輪輪廓進行比較。在凸輪輪廓設(shè)定之前，轉(zhuǎn)子可以沿反方向轉(zhuǎn)動，直到凸輪肩部抵靠互補凸輪指為止，由此設(shè)定限定的基準(zhǔn)起始位置。在一有利變型中，當(dāng)兩個閥Vl和V2都關(guān)閉以檢測泄漏時，轉(zhuǎn)子的前后位移可以在小于90度的角度上進行。在此還公開了在泵中檢測泄漏或去除氣泡的方法，該泵包括外殼部分和可軸向地和可轉(zhuǎn)動地運動的轉(zhuǎn)子部分，該轉(zhuǎn)子部分安裝在殼體部分中，并且具有入口閥(Vl)和出口閥(V2)，所述方法包括在小于180度的角度上施加轉(zhuǎn)子的前后位移，同時在轉(zhuǎn)子上施加軸向力。當(dāng)兩個閥(VI，V2)都關(guān)閉時，轉(zhuǎn)子的前后位移優(yōu)選地在小于90度的角度上進行。在此公開的泵可以尤其適于醫(yī)療應(yīng)用，包括用于施用液體藥物。


從權(quán)利要求和下文結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它目的和有利方面將變得明顯，其中圖Ia是根據(jù)本發(fā)明實施例的泵模塊的剖視圖；圖Ib和Ic是圖Ia的模塊的分解透視圖，其中殼體示出為部分透明的，以更好地看到其中的轉(zhuǎn)子；圖Id是通過圖Ia的線Id-Id得到的剖視圖，并且圖Ie是通過圖Ia的線le_le得到的剖視圖；圖2和3是根據(jù)本發(fā)明的變型的轉(zhuǎn)子泵模塊的透視圖；圖4a至4f是根據(jù)本發(fā)明的實施例的泵模塊的轉(zhuǎn)子和外殼的透視圖，其中殼體示 出為部分透明的，以更好地看到其中的轉(zhuǎn)子，不同視圖4a至4f示出轉(zhuǎn)子相對于殼體的不同轉(zhuǎn)動和軸向位置，以示出該實施例的泵送功能，該泵送功能涉及一轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子以搖擺運動沿一個方向或另一個方向轉(zhuǎn)動小于整個360度；圖5a至5f是類似于圖4a至4f的視圖，但所示出的是本發(fā)明的另一個實施例，其所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子沿一個方向轉(zhuǎn)動整個360度以執(zhí)行泵送循環(huán)；圖6是根據(jù)一變型的泵模塊的透視圖，該變型具有限定轉(zhuǎn)子軸向運動的單側(cè)凸輪；圖7是雙側(cè)凸輪變型的詳細(xì)部分透視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的變型具有雙側(cè)凸輪的轉(zhuǎn)子的透視圖；圖9a是曲線圖，示出對于正常操縱情況作為轉(zhuǎn)子的角位移的函數(shù)的泵轉(zhuǎn)子的軸向位移(行程)；圖9b是類似于圖9a的曲線圖，示出泵的泄漏情況；圖9c是類似于圖9a的曲線圖，示出泵下游的泄漏情況；圖9d是類似于圖9a的曲線圖，示出部分阻塞情況；圖9e是類似于圖9a的曲線圖，示出完全阻塞情況；圖9f是類似于圖9a的曲線圖，示出通過執(zhí)行轉(zhuǎn)子的搖擺運動而檢測的泵的泄漏情況；圖10是曲線圖，示出對于一變型作為轉(zhuǎn)子的角位移的函數(shù)的泵轉(zhuǎn)子的軸向位移(行程)，該變型具有雙側(cè)凸輪和沿一個方向的360度的轉(zhuǎn)子位移(圖5a至5f的實施例)；圖11是曲線圖，示出具有根據(jù)一實施例的雙側(cè)凸輪的搖擺泵轉(zhuǎn)子的軸向位移，該軸向位移是轉(zhuǎn)子角位移的函數(shù)；和圖12a至12e是曲線圖，示出搖擺泵轉(zhuǎn)子的軸向位移，該搖擺泵轉(zhuǎn)子具有根據(jù)本發(fā)明實施例的雙側(cè)可變槽寬凸輪，可以檢測泄漏或阻塞，其中圖12a示出正常情況，圖12b示出泵中的泄漏情況，圖12c示出泵下游的泄漏情況，圖12d示出阻塞情況，并且圖12e示出通過執(zhí)行轉(zhuǎn)子的擺動(wobbling)運動而檢測的泵的泄漏情況。
具體實施例方式參照附圖，尤其是圖Ia至lc，根據(jù)本發(fā)明的泵模塊2的實施例包括殼體4和可轉(zhuǎn)動地安裝在所述殼體中的轉(zhuǎn)子6。轉(zhuǎn)子包括大致圓柱形的第一軸向延伸部14和也是大致圓柱形的第二軸向延伸部16。第一軸向延伸部的直徑Dl大于第二軸向延伸部的直徑D2。殼體4包括轉(zhuǎn)子殼體部分8，該轉(zhuǎn)子殼體部分包括腔10和12，轉(zhuǎn)子安裝在所述腔內(nèi)，轉(zhuǎn)子腔包括用于容納第一軸向延伸部14的第一部分10和用于容納轉(zhuǎn)子的第二軸向延伸部16的第二部分12，第一部分的直徑大于第二部分的直徑。殼體還包括入口通道26和出口通道28，所述入口通道敞開到第二腔部分中，并且構(gòu)造成聯(lián)接至液體供給管或儲蓄器，所述出口通道用于排出泵送的液體，并且敞開到第一腔部分中。在所示的實施例中，入口和出口通道都橫向地或徑向地敞開到腔10和12中(與從腔的軸向端部延伸相反)。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，入口通道或出口通道中的任一個都可以從腔的軸向端部延伸。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，泵可以構(gòu)造成使得在此所述的入口和出口通道顛倒，S卩，入口敞開到較大直徑的第一腔部分中，并且出口敞開到較小直徑的第二腔部分中。換言之，泵可以構(gòu)造成從較大直徑的部分朝向較小直徑的部分泵送液體，或者反過來構(gòu)造成從較小直徑的部分朝向較大直徑的部分泵送液體。為了簡潔，在此僅詳細(xì)描述所述變型中的一個，然而應(yīng)理解，可以使用相同工作原理根據(jù)另一個變型來構(gòu)造所述泵。
所述殼體還包括入口密封件20和出口密封件18，所述入口密封件圍繞入口通道26，并且安裝在入口通道所連通的腔部分的表面29上，所述出口密封件圍繞出口通道28，并且安裝在出口通道所連通的腔部分的表面27上。入口密封件20形成包圍入口 26的封閉回路，并且出口密封件18形成包圍出口 28的封閉回路。出口和入口密封件構(gòu)造成密封地結(jié)合轉(zhuǎn)子的對應(yīng)的第一和第二軸向延伸部的相應(yīng)表面31和33。被入口或出口密封件圍繞的表面以優(yōu)選地小于180度的角度(a，^ )卷繞對應(yīng)的轉(zhuǎn)子延伸部。在轉(zhuǎn)子的第一和第二軸向延伸部中設(shè)有液體供給通道22、24。根據(jù)一實施例，如圖Ia至Ic所示，液體供給通道22、24可以是相應(yīng)延伸部的表面上的凹槽的形式，所述凹槽大致軸向地延伸，但相對于軸向方向成略微傾斜的角度，所述軸向方向由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸線的方向限定。因而，液體供給通道每個都能以所示的螺旋方式稍微圍繞相應(yīng)的轉(zhuǎn)子延伸部14、16。所述凹槽的構(gòu)造一不唐突的凹陷和微小的傾角一保證了閥的突然打開和關(guān)閉，與輕柔且平滑的泵操作相結(jié)合地使有用角度最大化。在另一實施例中，如圖2所示，液體供給通道可以嵌入在轉(zhuǎn)子內(nèi)，并且具有在延伸部的表面上的孔(入口，出口)22’、24’。在又一實施例中，如圖3所示，液體供給通道可以是在轉(zhuǎn)子表面處的軸向延伸槽22”、24”的形式。也可以結(jié)合上述兩個變型的特征，使得液體供給通道中在一個轉(zhuǎn)子延伸部上的一個是在轉(zhuǎn)子表面上的凹槽或槽，而在另一個轉(zhuǎn)子延伸部上的另一個液體供給通道嵌入在轉(zhuǎn)子內(nèi)并且具有敞開到轉(zhuǎn)子表面上的出口和入口。液體供給通道22、24和密封件18、20構(gòu)造成形成出口閥V2和入口閥VI，所述出口閥和入口閥作為相對于殼體的轉(zhuǎn)子軸向和角度位置的函數(shù)打開和關(guān)閉出口和入口通道。殼體中的入口和出口通道不需要如圖所示地對準(zhǔn)，而是可以繞轉(zhuǎn)子以任意角度相對于彼此定位，轉(zhuǎn)子延伸部中的液體供給通道相應(yīng)地定位。應(yīng)理解，密封件的形狀、位置和尺寸以及液體供給通道的形狀、位置和尺寸可以顯著地變化，而不脫離本發(fā)明的范圍，關(guān)鍵功能是打開和關(guān)閉所述閥，并且避免兩個閥同時打開。入口和出口密封件20、18可以形成為組裝在殼體中的獨立元件，或形成為與殼體成一體的元件，例如注射模制在殼體中。例如，密封件可以在兩個部件單個注射模制過程中由硅基或熱塑性彈性體或橡膠與殼體注射而成。圍繞轉(zhuǎn)子的第一和第二延伸部在入口和出口閥的外側(cè)上可以設(shè)有密封環(huán)41、43，以便密封轉(zhuǎn)子腔23的液體填充部分。這些密封環(huán)可以是0型密封環(huán)或其它密封件的形式，其安裝或注射在殼體中或轉(zhuǎn)子上。轉(zhuǎn)子6可以被任何適當(dāng)?shù)鸟R達(dá)(未示出)驅(qū)動。例如，轉(zhuǎn)子可以包括馬達(dá)部分(未示出)，該馬達(dá)部分具有一個或多個永磁體，提供一個或多個磁極，被馬達(dá)定子部分(未示出)中的電磁體驅(qū)動而轉(zhuǎn)動。馬達(dá)定子部分可以是泵的一部分或一獨立基礎(chǔ)單元的一部分，所述泵模塊可去除地安裝在所述獨立基礎(chǔ)單元中。所述基礎(chǔ)單元可以設(shè)有電子設(shè)備，用于控制和操作所述泵，和/或用于經(jīng)由無線或有線連接將信號傳輸?shù)娇刂茊卧?。所述基礎(chǔ)單元可以構(gòu)造為可重復(fù)使用的單元，泵模塊可去除地安裝至該單元，以便使泵模塊可以被拆下并更換。轉(zhuǎn)子的軸向位移可以通過磁性驅(qū)動器或電磁驅(qū)動器執(zhí)行，或通過與凸輪系統(tǒng)相結(jié)合的磁力或彈簧偏壓力執(zhí)行。如圖6所示，現(xiàn)有技術(shù)中尤其已知與彈簧或磁性偏壓力BF相·結(jié)合的轉(zhuǎn)子6和殼體4上的單側(cè)凸輪系統(tǒng)35、37。根據(jù)本發(fā)明實施例的有利方面，如圖Ia至lc、7、8和10至12所示，轉(zhuǎn)子的軸向位移也可以借助雙側(cè)凸輪而實現(xiàn)。在雙側(cè)凸輪變型中，轉(zhuǎn)子可以設(shè)有凸輪槽或凹槽38、38’、38”，限定相對凸輪表面40a、40b、40a’、40b’、40a”、40b”。在殼體上設(shè)有接合在凸輪槽或凹槽38、38’、38”中的互補的凸輪指36。凸輪指36可以剛性地附裝至殼體，與殼體形成一體或作為獨立部件組裝至殼體。在一變型中，凸輪指可以彈性地安裝在殼體中，以便使其壓下到轉(zhuǎn)子凸輪槽中。可替代的變型(未示出)可以包括轉(zhuǎn)子上的凸輪指，該凸輪指接合在設(shè)置在殼體中的凸輪槽中，以作為轉(zhuǎn)子相對于殼體的角運動的函數(shù)而相對于殼體對轉(zhuǎn)子施加軸向運動。在理解了凸輪元件可以相反的情況下，為了簡潔，在此僅描述安裝在殼體上的凸輪指接合在轉(zhuǎn)子的凸輪槽中的變型。對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動360度用于泵送作用的實施例(圖4a至4f和圖10的實施例)而言，凸輪槽可以包括完全繞轉(zhuǎn)子延伸的單個槽，或者對于搖擺轉(zhuǎn)動(圖Ia至lc、8和10至12的實施例)而言，凸輪槽可以包括僅部分地繞轉(zhuǎn)子延伸的兩部分槽。凸輪槽38、38’、38”的相對凸輪表面40a、40b、40a’、40b’、40a”、40b”可以限定基
本恒定寬度的槽(圖Ia至lc、ll)，或者可以限定變化寬度的凸輪槽(圖8、10和12)。凸輪槽因而可以如圖11所示具有適應(yīng)凸輪指的相對凸輪表面，或者在有利變型中，凸輪槽可以具有由變化的間隔分開的相對凸輪表面40a、40b、40a”、40b”，所述變化的間隔構(gòu)造成使得能夠進行泄漏或阻塞檢測，如下文進一步參照圖9a至9f、10和12將更加詳細(xì)地描述。在如圖4a至4f、11、12和圖Ia至Ib所示的具有搖擺轉(zhuǎn)子的實施例中，凸輪槽可以包括對應(yīng)于第一轉(zhuǎn)動方向的第一部分39a和對應(yīng)于與第一轉(zhuǎn)動方向相反的第二轉(zhuǎn)動方向的第二部分39b?，F(xiàn)在參照圖5a至5f，示出了具有360度轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子的泵模塊的實施例。轉(zhuǎn)子沿單個方向R+轉(zhuǎn)動以用于泵送作用。在該實施例中，轉(zhuǎn)子也可以沿反方向轉(zhuǎn)動，以便進行反向泵送操作，由此在這種變型中軸向位移凸輪被構(gòu)造成允許沿兩個方向的轉(zhuǎn)動。在圖5a中，轉(zhuǎn)子處于對應(yīng)于兩個閥Vl和V2都處于關(guān)閉位置的位置。出口閥V2由出口密封件18、出口通道28、第一軸向延伸部14和第一液體供給通道22形成，而入口閥Vl通過入口密封件20、入口通道26、第二軸向延伸部16和第二液體供給通道24的配合而限定?？梢姡?dāng)閥Vl和V2關(guān)閉時，轉(zhuǎn)子被在角度上和周向上定位成使得液體供給通道22、24都不出現(xiàn)在由相應(yīng)密封件圍繞的表面區(qū)域19、21 (以下稱為“密封區(qū)”)內(nèi)。在這些附圖中，所示轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)動，圖5a至5f示出在360度泵循環(huán)中的連續(xù)位置。在圖5b中，在一定轉(zhuǎn)動后，當(dāng)液體供給通道24進入到由入口密封件20所圍繞的入口密封區(qū)21中時，入口閥Vl打開。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動并且入口閥Vl打開，轉(zhuǎn)子還軸向地位移，以便使腔內(nèi)的自由體積23增大，并且通過入口閥V2抽吸液體Fi以填充腔自由體積23。如圖5c所示，出口閥V2在持續(xù)進行直到如圖5d所示入口閥Vl關(guān)閉為止的腔填充過程期間是關(guān)閉的，出口閥V2在整個腔填充過程中都是關(guān)閉的。接下來，如圖5e所示，當(dāng)液體供給通道22接合在由出口密封件18所圍繞的出口密封區(qū)19中時，出口閥V2打開。當(dāng)出口閥V2打開時，轉(zhuǎn)子沿著減小腔自由體積23的方向軸向地位移，因而通過出口通道28排出液體Em，亦如圖5f所示。入口閥Vl在整個腔排空過程中都是關(guān)閉的。當(dāng)轉(zhuǎn)子完成360度循環(huán)到達(dá)如圖5a所示的位置時，出口閥V2則關(guān)閉。可以注意到，轉(zhuǎn)子可以沿反方向轉(zhuǎn)動，以沿反方向泵送液體(入口變成出口，并且反之亦然)，軸向位移凸輪相應(yīng)地構(gòu)造成允許沿兩個方向的轉(zhuǎn)動。 參照圖4a至4f的實施例，示出搖擺轉(zhuǎn)子。在圖4a所示的位置中，閥Vl和V2都關(guān)閉。出口閥V2由出口密封件18、出口通道28、第一軸向延伸部14和第一液體供給通道22形成，而入口閥Vl通過入口密封件20、入口通道26、第二軸向延伸部16和第二液體供給通道24的配合而限定?？梢?，當(dāng)閥Vl和V2關(guān)閉時，轉(zhuǎn)子被在角度上和周向上定位成使得液體供給通道22、24都不出現(xiàn)在由相應(yīng)密封件圍繞的表面區(qū)域19、21內(nèi)。在示出泵填充操作的圖4a至4d中，所示轉(zhuǎn)子沿順時針方向R+轉(zhuǎn)動,而在示出泵排空操作的圖4d至4f中，轉(zhuǎn)子沿逆時針方向R-轉(zhuǎn)動。在圖4b中，在從圖4a的關(guān)閉閥位置的一定轉(zhuǎn)動之后，因為液體供給通道24進入到由入口密封件20所圍繞的入口密封區(qū)21中，因此入口閥Vl打開。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動并且入口閥Vl打開，轉(zhuǎn)子還軸向地位移，以便使腔內(nèi)的自由體積23增大，并且通過入口閥V2抽吸液體Fi以填充腔自由體積23。如圖4c所示，出口閥V2在持續(xù)進行直到如圖4d所示入口閥Vl關(guān)閉為止的腔填充過程期間是關(guān)閉的，出口閥V2在整個腔填充過程中都是關(guān)閉的。如圖4d所示當(dāng)兩個閥都關(guān)閉時，轉(zhuǎn)子停止并且繼而沿反方向R_(在該示例中為逆時針方向)轉(zhuǎn)動，直到當(dāng)液體供給通道22接合在由出口密封件18所圍繞的出口密封區(qū)19中時，如圖4e所示出口閥V2打開為止。當(dāng)出口閥V2打開時，轉(zhuǎn)子沿著減小腔自由體積23的方向軸向地位移，因而通過出口通道28排出液體Em，亦如圖4f所示。入口閥Vl在整個腔排空過程中直到如圖4a所示代表完整泵送循環(huán)的起始位置都是關(guān)閉的。圖4a至4f中所示的搖擺泵的軸向運動在圖11和12的曲線圖中示出。凸輪路徑具有由凸輪路徑的一半所代表的填充階段PF和由凸輪路徑的另一半段所代表的排空階段PE,圖4a至4f所示的轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)于凸輪路徑上指示的相應(yīng)位置A至F。在改變轉(zhuǎn)動方向的位置處，最好如圖7所示，凸輪槽38’、38”可以包括退出部41以限定不返回的點，保證了凸輪指從一個凸輪槽部分39a到達(dá)下一個凸輪槽部分3%，防止凸輪指沿著同一凸輪槽返回。在該變型中，凸輪指36可動地安裝至外殼，并且通過彈簧力或磁力而偏壓抵靠轉(zhuǎn)子，以便使其跟隨凸輪槽的底部。凸輪路徑從部分39a到部分39b并且返回部分39a以開始新的搖擺泵送循環(huán)的變化也可以在凸輪槽中沒有臺階的情況下通過在轉(zhuǎn)子停止和方向改變的位置處在轉(zhuǎn)子上施加軸向偏壓力而實現(xiàn)，在一個位置處的偏壓力與在另一個位置處的偏壓力相反。所述軸向偏壓力可以通過轉(zhuǎn)子與殼體之間的交替彈簧系統(tǒng)或通過電磁體實現(xiàn)?？梢栽诒景l(fā)明的范圍內(nèi)采用其它裝置以保證凸輪指在轉(zhuǎn)換位置處轉(zhuǎn)換到正確的槽部分中，諸如槽中的樞轉(zhuǎn)或彈性臂，其防止凸輪指返回并保證僅沿一個方向的運動?，F(xiàn)在參照圖9a至9f，將描述本發(fā)明的實施例，其具有360度轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，且具有泄漏和阻塞檢測。阻塞或泄漏檢測可以在具有單側(cè)凸輪(如圖6所示)或如圖10所示帶可變凸輪槽寬度的雙側(cè)凸輪的變型中實施。轉(zhuǎn)子的軸向位移取決于凸輪的輪廓和泵入口和出口閥VI、V2的打開和關(guān)閉位置，最好如圖9a所示，其中轉(zhuǎn)子的位移輪廓在該實施例中分成六段SI、S2、S3a、S3b、S4和S5。轉(zhuǎn)子軸向位移可以通過殼體和/或轉(zhuǎn)子上的位置傳感器(未示出)而檢測或測量，所述位置傳感器諸如霍耳效應(yīng)傳感器或光學(xué)傳感器。在段SI中，沒有發(fā)生軸向位移，并且泵既不填充也不排空。剛好在殼體上的凸輪 凸起遇到轉(zhuǎn)子凸輪輪廓的斜坡CP2之前或當(dāng)該凸輪凸起遇到該斜坡時，泵入口閥Vl打開并且轉(zhuǎn)子沿著凸輪段S2軸向地位移，以將液體抽吸到泵腔中，直到由凸輪部分CP3限定的最大軸向位移位置為止，此后入口閥關(guān)閉并且轉(zhuǎn)子跟隨沿著凸輪部分CP3的段S3a的平坦路徑，直到殼體上的凸輪指移動經(jīng)過凸輪輪廓段CP4為止。沿著凸輪下降CP4之后的段S3b，基本沒有軸向位移，這是因為其中的液體基本不可壓縮。然而，圍繞和容納泵中液體的材料，尤其是彈性的密封件，具有固有彈性，使得如圖所示具有微小的軸向位移臺階S3b。即使凸輪輪廓在CP4處突然變化到最小值CP5，轉(zhuǎn)子軸向位置也不會變化(除了所述微小臺階之外)，直到出口閥打開允許液體從泵腔排出為止。在其中凸輪斜坡下降(CP4至CP5)與閥V2打開基本同時發(fā)生的本發(fā)明的變型中，可以進行阻塞檢測，但泄漏檢測是受限的。當(dāng)泵腔排空時，轉(zhuǎn)子的軸向位移跟隨段S4下降到由凸輪輪廓CP5限定的最小值，以跟隨段S5 (其對于進一步的循環(huán)而言繼而又與SI連接)。應(yīng)注意，為了保持轉(zhuǎn)子和殼體的凸輪元件接合，相對于殼體在轉(zhuǎn)子上施加軸向偏壓力。在典型實施例中，所述軸向偏壓力可以磁性地施加和/或借助預(yù)加載彈簧(未示出)而施加。在例如由于有缺陷的密封件而引起泵腔中泄漏的情況下，可以檢測到轉(zhuǎn)子位移，這是因為在出口閥打開并且圖9b所示的斜坡S4’可以被檢測到之前，轉(zhuǎn)子將在區(qū)域Zl中軸向地位移。也可以通過在斜坡下降段CP4之后在兩個閥Vl和V2都關(guān)閉的段(區(qū)域Zl)中進行轉(zhuǎn)子的前后位移而檢測泵腔中的泄漏，如圖9f所示。與沒有擺動的構(gòu)造(如圖9b所示)相t匕，在對轉(zhuǎn)子施加軸向力的同時轉(zhuǎn)子在小于180度(例如在10度至60度之間，例如20度至30度)的角度上的前后轉(zhuǎn)動(在此也稱為“擺動”)使得轉(zhuǎn)子軸在所述閥關(guān)閉的段中較大總幅度的泄漏情況下實現(xiàn)了軸向位移S4””’。因而泵腔中的任何泄漏都能被更加容易且可靠地檢測到，尤其是小幅度的泄漏。根據(jù)泵送應(yīng)用，擺動操作可以在泵操作的開始、結(jié)束或中間進行，或者甚至在轉(zhuǎn)子的每個循環(huán)進行。擺動操作類似于在大角度(例如大于180度)上的單向轉(zhuǎn)動，以檢測少量的泄漏，并且對應(yīng)于小的軸向位移(例如小于總行程的1/10)。然而，擺動操作也可以在兩個閥都關(guān)閉的較小角度區(qū)域上進行，并且因而為例如當(dāng)閥需要打開以進行吸入和排出操作時的其它功能留下更多角度空間。也可以在向轉(zhuǎn)子施加軸向力的同時進行轉(zhuǎn)子的前后轉(zhuǎn)動，以尤其在泵起動操作期間驅(qū)趕泵腔內(nèi)的氣泡。優(yōu)選地，在凸輪指在斜坡段CP2上的位置處執(zhí)行所述擺動，以便使所述轉(zhuǎn)子進行轉(zhuǎn)動的和軸向的前后運動，以驅(qū)趕貼在泵腔壁上的氣泡。在一變型中，可以通過沿反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子直到凸輪指碰撞停止部CP4以產(chǎn)生機械沖擊(減速)而驅(qū)趕氣泡。前后轉(zhuǎn)動可以進行兩次或更多次，每次反向轉(zhuǎn)動都使得殼體凸輪碰撞停止部CP4，以產(chǎn)生多個連續(xù)沖擊而驅(qū)趕氣泡。在擺動操作之后，轉(zhuǎn)子繼而可以轉(zhuǎn)動一圈、兩圈或更多圈以排出氣泡。氣泡驅(qū)趕操作可以在泵起動操作中進行，但也可以按規(guī)則的間隔或例如在故障檢測之后在泵操作期間在任意時刻進行，尤其用于辨別由于泄漏引起的故障或泵中存在氣體。實際上，根據(jù)圖9b或9f的轉(zhuǎn)子位移可以代表泵腔中存在氣體，而不是泄漏。為了在這些情況之間進行辨別，在檢測到假定的泄漏故障之后，如上所述地進行氣泡驅(qū)趕和排出操作，并且此后進行進一步的泄漏檢測操作。如果開始的故障警報是由于存在氣泡而引起的，則氣泡將在氣泡驅(qū)趕操作期間被排出，并且隨后的泄漏檢測測試將指示正常的操作。如果開始的警報并不是由于泵中存在氣體而引起的，則隨后的測試將確認(rèn)泄漏故障。如圖9c所示，如果例如由于出口下游的管斷開或泄漏(例如斷開的導(dǎo)管)而導(dǎo)致泵下游不尋常的低壓，則轉(zhuǎn)子將朝向低位置更快速地軸向位移，并且因而當(dāng)出口閥V2打開時，在區(qū)域Z2中產(chǎn)生更陡的排放斜坡S4”。然而，泵下游泄漏的可靠檢測將取決于泵下游的 壓力和由于泵下游泄漏而引起的壓力下降。壓力下降越大，越容易可靠地檢測泄漏。因而在克服較大相對壓力進行泵送的應(yīng)用中，下游泄漏檢測功能是尤其有利的。在部分阻塞的情況下，例如在雜質(zhì)、出口管被壓緊、血液凝固和類似的情況下，由于需要軸向偏壓力來克服背壓，因此出口處的下游壓力將增大，并且使得轉(zhuǎn)子的軸向位移S4”’更加緩和，如圖9d所示。在完全阻塞的情況下，在當(dāng)出口閥V2打開時的區(qū)域Z3中，或者當(dāng)出口閥V2在區(qū)域TA中再次關(guān)閉時，泵轉(zhuǎn)子位移S4’ ’ ’ ’、S5’ ’ ’’不會到達(dá)最小位置，如圖9e所示。上述阻塞和泄漏檢測方法能以與上述相同的方式應(yīng)用于具有如圖8和12a至12e所示的搖擺泵的實施例中，由此示出等同的凸輪部分CPl - CP5和位移段SI - S5。每個位移輪廓都可以與如圖9a和12a所示的預(yù)期的或限定的基準(zhǔn)輪廓S4、S5進行比較，所述基準(zhǔn)輪廓可以存儲在泵的測量信號處理電路的表中?；鶞?zhǔn)輪廓可以例如是凸輪輪廓 CP1-CP2-CP3-CP4-CP5。參照圖10，示出360度循環(huán)雙側(cè)凸輪。槽輪廓具有允許上述阻塞或泄漏檢測的段。泵填充期間的軸向位移由凸輪段CP3限定。朝向液體排出操作的終點(即，當(dāng)出口閥V2打開時)，相對的凸輪側(cè)40b接合凸輪指36，并且在泵排出期間的軸向位移因而由凸輪段CP5’的位置限定。凸輪表面CP3和CP5’因而用作基準(zhǔn)表面，該基準(zhǔn)表面限定每個循環(huán)所泵送液體的準(zhǔn)確量，而不像現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)那樣取決于作用在轉(zhuǎn)子上的高偏壓力。可以使用用于在入口閥關(guān)閉后檢測泄漏、氣泡或阻塞的弱偏壓彈簧力，因而與需要較高彈簧力以便執(zhí)行液體排出功能的單側(cè)凸輪變型相比，減小了在操作區(qū)域Zl和Z2中泵腔中的壓力。由于凸輪表面CP5’用作基準(zhǔn)表面，因此與凸輪表面CP5’相對的表面43可以形成下陷部以允許與凸輪表面CP5’的一些間隔公差。
權(quán)利要求
1.一種泵，其包括 殼體，其包括轉(zhuǎn)子腔、敞開到轉(zhuǎn)子腔中的入口和出口通道(26)以及安裝在所述腔的表面上的入口和出口密封件，和 轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動地并且可軸向滑動地接收在所述腔中，并且包括第一軸向延伸部和第二軸向延伸部，所述第一軸向延伸部包括一液體供給通道，所述第二軸向延伸部包括一液體供給通道，所述第一和第二軸向延伸部具有不同的直徑， 所述入口和出口密封件接合轉(zhuǎn)子的表面，每個軸向延伸部的所述液體供給通道與對應(yīng)的所述密封件一起形成一閥，該閥作為轉(zhuǎn)子的角位移和軸向位移的函數(shù)而打開和關(guān)閉， 其特征在于，所述入口和出口通道中的至少一個橫向地或徑向地敞開到轉(zhuǎn)子腔中，并且入口和出口密封件中的至少一個形成一封閉回路，該封閉回路圍繞所述入口和出口通道中的所述至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵，其特征在于，所述入口和出口通道都橫向地或徑向地敞開到轉(zhuǎn)子腔中，并且入口和出口密封件都形成圍繞相應(yīng)的入口和出口通道的封閉回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的泵，其特征在于，由入口或出口密封件圍繞的表面以小于180度的角度(a，0 )卷繞對應(yīng)的轉(zhuǎn)子延伸部。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的泵，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成在小于360度的轉(zhuǎn)角上搖擺，前后運動構(gòu)成泵送循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的泵，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成在單一方向上轉(zhuǎn)動，360度的轉(zhuǎn)角構(gòu)成泵送循環(huán)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項所述的泵，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子和殼體包括內(nèi)接合凸輪元件，以作為轉(zhuǎn)角的函數(shù)而實現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸向位移，所述凸輪元件包括雙側(cè)凸輪槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的泵，其特征在于，所述雙側(cè)凸輪槽具有變化的寬度，該變化的寬度構(gòu)造成使得能夠進行泄漏或阻塞檢測。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的泵，其特征在于，在泵填充期間的軸向位移由凸輪槽的一側(cè)上的凸輪段CP3限定，并且在泵排出期間的軸向位移由凸輪槽的相對側(cè)上的凸輪段CP5’限定，凸輪表面CP3、CP5’用作基準(zhǔn)表面，該基準(zhǔn)表面限定每次循環(huán)所泵送液體的體積。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的泵，其特征在于，所述凸輪槽包括第一部分(39a)和第二部分(3%)，所述第一部分限定在一個轉(zhuǎn)動方向上的軸向位移，所述第二部分限定在相反轉(zhuǎn)動方向上的軸向位移。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的泵，其特征在于，在所述凸輪槽中對應(yīng)于轉(zhuǎn)動方向改變的轉(zhuǎn)換位置處，所述凸輪槽包括退出部，所述退出部構(gòu)造成保證凸輪指從一個凸輪槽部分前進到另一個凸輪槽部分。
11.一種檢測泵的阻塞或泄漏的方法，其包括提供根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項所述的泵，進行初始測量，所述初始測量包括使轉(zhuǎn)子沿向前泵送方向轉(zhuǎn)動至少一圈，并且將作為轉(zhuǎn)動位移輪廓的函數(shù)的軸向位移作為凸輪輪廓存儲在查閱表中，在隨后的泵送期間測量作為轉(zhuǎn)動位移的函數(shù)的轉(zhuǎn)子軸向位移，并且將所測量的轉(zhuǎn)子位移與所存儲的凸輪輪廓進行比較。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在凸輪輪廓設(shè)定之前，轉(zhuǎn)子沿反方向轉(zhuǎn)動，直到凸輪肩部(CP4)抵靠互補凸輪指為止，由此設(shè)定限定的基準(zhǔn)起始位置。
13.根據(jù)上述兩個權(quán)利要求中的任一個所述的方法，其特征在于，當(dāng)兩個閥Vl和V2都關(guān)閉以檢測泄漏時，轉(zhuǎn)子的前后位移在小于90度的角度上進行。
14.一種在泵中檢測泄漏或去除氣泡的方法，該泵包括外殼和可軸向地和可轉(zhuǎn)動地運動的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子安裝在所述殼體中，并且具有入口閥(Vl)和出口閥(V2)，所述方法包括在小于180度的角度上施加轉(zhuǎn)子的前后位移，同時在轉(zhuǎn)子上施加軸向力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于檢測泄漏的方法，其特征在于，當(dāng)兩個閥(V1，V2)都關(guān)閉時，轉(zhuǎn)子的前后位移優(yōu)選地在小于90度的角度上進行。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的任意一項所述的方法，其特征在于，所述泵包括根據(jù)權(quán)利要求I至10中任意一項所述的泵的其它特征中的任意一項。
全文摘要
一種泵，其包括殼體，其包括轉(zhuǎn)子腔、敞開到轉(zhuǎn)子腔中的入口和出口通道以及安裝在所述腔的表面上的入口和出口密封件；和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動地并且可軸向滑動地接收在所述腔中，并且包括第一軸向延伸部和第二軸向延伸部，所述第一軸向延伸部包括一液體供給通道，所述第二軸向延伸部包括一液體供給通道，所述第一和第二軸向延伸部具有不同的直徑。所述入口和出口密封件接合轉(zhuǎn)子的表面，從而每個軸向延伸部的所述液體供給通道與對應(yīng)的所述密封件一起形成一閥，該閥作為轉(zhuǎn)子的角位移和軸向位移的函數(shù)而打開和關(guān)閉。所述入口和出口通道中的至少一個橫向地敞開到轉(zhuǎn)子腔中，并且入口和出口密封件中的至少一個形成一封閉回路，該封閉回路圍繞所述入口和出口通道中的所述至少一個。
文檔編號F04B7/04GK102803725SQ201180014133
公開日2012年11月28日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者D·熱努, P·克里斯滕, F·羅賓, H·蒂默 申請人:森西勒Pat股份公司