线性指状蠕动泵以及用于此类泵的膜体和指状件

摘要

本发明涉及包括置于泵送指状件(250)和管道之间的膜体的线性指状蠕动泵，以及用于这种泵的膜体和指状件。按照本发明，设置有部件，用于在整个泵送周期内，即使在没有管道的情况下，将指状件(250)承靠在其上的膜体部分、即被称为轨带(212)的部分与指状件(250)端部保持持久接触。因此，可为被称为轨带的部分选择强度更高的材料。该材料的刚性将高于通常使用的橡胶，但借助于接触保持部件(220、260)，轨带将不再压靠在管道上，而是相反地被指状件(250)抬高。由此，将能使用不会磨损的强度更高的材料。泵的精度将在更长时间得到保证，将避免费时又费工的麻烦的更换膜体的工序。

说明书

技术领域

本发明涉及包括设置于泵送指状件和管道之间的膜体的线性指状蠕动泵、以及用于此类泵的膜体和指状件。

背景技术

蠕动泵由以竖直往复运动方式被促动的一系列平行的指状件构成。每个指状件的运动相对于前一指状件的运动错开，使得这些指状件的端部形成一条在泵送方向上移动的正弦曲线。指状件的端部将支撑在置于指状件和支承板之间的柔性管道上。最低的指状件引起从一个指状件到一个指状件向泵的下游直至最后一个指状件移动的闭合。当最后一个指状件处于闭合位置时，至少第一指状件重新处于闭合位置，因此造成容纳在管道中的流体的运动。

为了保护泵送单元不受外部侵蚀，例如外部流体或外界物体进入，通常在指状件端部和管道之间布置有固定于泵壳上的柔性膜体。

此类膜体具有两个主要的缺点：由于指状件摩擦而造成膜体的磨损，而且其弹性会影响到管道回复到其正常形状。

如同管道一样，该膜体被压制在泵送指状件和反支撑面(通常为覆有硬塑料材料的门)之间。经常会观察到，在运行多年之后，这类膜体在指状件接触区会受到损坏。这是由于承受反复的压缩应力和摩擦(微观位移)循环的材料疲劳所致。反之，在反支撑面上则观察不到任何损坏。这表明硬塑料材料比起软塑料更能耐受压缩应力。在设备的寿命期间内，通常要更换膜体至少一次。显然，主要问题是零件的成本问题，但也有人工费的问题(基于组装膜体的方式与在更换后必须对泵重新校定的情况，这部分人工费用可能较大)。随着膜体磨损，可观察到泵的精度下降，这可能是医用蠕动泵的主要缺点。

另外，在泵送的过程中，管道相继被压缩和松弛。在管道没有被压缩的阶段中，管道应恢复其圆柱状的初始形状，以使液体能够通过。为了恢复其初始形状，管道一般一方面受到管道固有的弹性、另一方面受到泵上游的流体压力(这对应于液体高度)的协助。但是，通常平坦的软膜体本身却阻止管子的形状复原。因此，为了回复到其原始形状，管子应该推动膜体并使该膜体变形。在长时间泵送期之后会看到这样的现象：管子的弹性受损，并且可观察到其弹性性能降低。

发明内容

因此，本发明的目的是研发一种膜体，一方面该膜体更能耐受由于指状件在其表面之一上摩擦而造成的磨损，另一方面该膜体本身在管道回复到其正常的圆柱形状时不会压靠在管道上以便不妨碍该管道。

该目的根据本发明而得以实现，在本发明中，设置有接触保持部件，所述接触保持部件用于在整个泵送周期内，甚至在没有管道的情况下，使指状件承靠在其上的膜体部分——即被称为轨带的部分、与指状件端部保持持久接触。如此，对于被称为轨带的部分，就能够选择强度更高的材料。该材料的刚性将大于通常使用的橡胶的刚性，但由于有接触保持部件，轨带将不会压靠在管道上，而是相反地将被指状件抬高。因此，将能选择更坚固的不会磨损的材料。泵的精确度将更长时间得到保证，避免了麻烦而又费钱费工的更换膜体工序。

优选的是，用于使轨带与指状件端部持久接触的部件，由使轨带与至少一个指状件的端部机械地联接的部件构成。当然可使轨带与所有指状件的端部机械地联接。但是，可能轨带只要与某些指状件的端部联接就足够了，特别是轨带只要与唯一一个指状件、例如中间的指状件之一的端部联接就足够了。

为了允许使用非弹性的材料，优选的是，至少用于使轨带与其中存在两个相邻指状件的一些指状件的端部持久接触的所述部件，具有平行于泵送方向的自由度，以使在泵送周期内，使轨带相对于指状件端部具有基本平行于泵送方向的往复平移运动。

为了避免在指状件泵送的作用下轨带与液体同时移位，优选在泵中设有锁止轨带沿流动方向的总体运动的闭锁部件。

在实际中，膜体可在使用时指状件承靠其上的部分——即被称为轨带的部分——中，配有使轨带与至少一个指状件的端部以机械方式联接的联接部件，所述联接部件构成用于保持指状件端部与轨带持久接触的部件的一部分。

优选的是，至少用于使轨带与其中存在两个相邻指状件的一些指状件的端部以机械方式联接的所述联接部件，具有与泵送方向相平行的自由度，以便在一泵送周期内，允许轨带相对于所述指状件端部具有基本与泵送方向相平行的往复平移运动。通过借助轨带的形状和/或其材料，可选择一种柔性而非弹性的轨带。如此，轨带就可由一种柔性而非弹性的材料制造。

膜体优选由配有将膜体固定在泵中的部件的刚性框架、轨带和使轨带与框架相连接以使膜体形成密封连续表面的柔性中间膜体构成，所述中间膜体优选包覆成型在框架和轨带上。由于该柔性中间膜体，轨带就不仅能够为追随指状件的往复运动而移动，而且还能在流动方向上按照相对于指状件端部的相对运动而移动。为轨带选择更坚固的材料，得到中间膜体柔性的补偿。

为了保证足以使轨带可在空间的三个方向上移动的足够间隙，同时避免中间膜体受到牵拉，可考虑将中间膜体的三维尺寸确定成在不受力、特别是不受来自泵送指状件方面的力的作用情况下，中间膜体将轨带朝与联接部件相反的方向推动。

在第一实施方式中，联接部件由蘑菇状元件构成，蘑菇状元件能接合在沿泵送方向延伸并被设置于一个或多个泵送指状件的端部的槽中。

在第二实施方式中，联接部件由平行于泵送方向设置于轨带上的环构成，在环中可穿有被安置于一个或多个泵送指状件的端部的榫头，应与其中存在两个相邻指状件的一些指状件配合的环优选是长圆形的且其大轴平行于泵送方向，和/或应与上游指状件和下游指状件配合的环优选是圆形的。

在这两种情况下，尽管轨带连接于指状件的端部，但该轨带还是能够具有相对于指状件的相对运动，该运动是基本平行于流动方向的运动。这就允许根据泵送周期的推进而补偿两个相继指状件的端部之间的距离之差。按照该实施方式，能够区分开上下游指状件与中间指状件，中间指状件的特征在于存在两个相邻的指状件。

为了避免在指状件泵送的影响下轨带与液体同时移位，优选在轨带上设有锁止轨带在流动方向上的一般运动的闭锁部件。

在第二实施方式中，通过为上下游指状件选择圆形的环来实现这一点。因此，轨带相对于上下游指状件的纵向平移被阻止。另一个解决方案是在两个相继的联接部件之间、优选在轨带中间，与泵送方向相垂直地设置中间舌片。

为了加大膜体的强度，优选通过两个端部舌片在联接部件的两侧将轨带延长。

本发明还涉及用于按照本发明蠕动泵的泵送指状件。这样的指状件可配有与膜体的联接部件配合的配合部件，所述配合部件构成保持指状件端部与轨带持久接触的部件的一部分。

在第一实施方式中，配合部件由在泵送方向延伸的槽构成。在第二实施方式中，配合部件由与泵送平面相垂直延伸的榫头构成。

附图说明

下面借助在图中示出的两个实施例来描述本发明，附图表示：

图1：按照本发明的膜体的第一实施方式的透视图，其是从联接部件侧观察的；

图2：图1膜体的透视图，其是从与联接部件相对的一侧观察的；

图3：图1膜体的安装在泵指状件上的轨带的透视图；

图4：按照本发明的膜体的第二实施方式的透视图，其是从联接部件一侧观察的；

图5：图4的膜体从与联接部件相反的一侧观察的透视图；

图6：图4的膜体的联接部件的放大图；

图7：配有用于与图4的膜体的联接部件配合的部件的指状件的透视图；

图8：图7的指状件和图4的从上方卡紧的膜体的剖面图；

图9：图4的膜体的分解视图；

图10：示出两个相继指状件之间的不同距离的蠕动泵泵送单元的剖面图。

具体实施方式

本发明的对象一方面包括膜体110、210，膜体用作使泵送单元与外界分开，特别是使泵送单元与其中含有待泵送液体的管道分开，另一方面还包括应与膜体110、210配合的指状件151、152、155、250。为了保证该膜体与指状件保持持久接触、因而保证跟随其往复运动，设置有接触保持部件，接触保持部件一方面由位于膜体的朝向指状件的面上的联接部件、另一方面由与所述联接部件配合并位于指状件的朝向膜体的端部的部件组成。

为了使叙述简化，将参照使用“流动方向”或“流动平面”。这涉及到使用时管道所采取的方向、和与该方向及与泵送指状件相平行的平面。“横向”或“横向平面”则是与所述“流动方向”或“流动平面”相垂直的方向或平面。在描述膜体或指状件时，参照使用这些术语与其已装配状态相关。

本发明的膜体110、210由刚性的框架111、211、轨带112、212和中间膜体113、213构成。所述膜体对液体是密封的，用于保护泵送单元不受外界物体和粉尘侵入。膜体被布置在泵送指状件和含有待泵送液体的管道之间。

框架111、211优选由刚性较大的材料、例如聚酰胺6制成。框架配有固定部件114、214，用以将该框架固定在泵上。它可涉及到如在第一实施例中用于固定螺钉穿过的孔114；或者如在第二实施例中涉及到卡簧214。框架111、211在用于与管道相接触的面上，还可设有用于固定所述管道的部件215。

中间膜体113、213是用非常柔软的材料、例如TPE(热塑弹性体)制造的。它优选被包覆成型在框架111、211和轨带112、212上。中间膜体113、213的形状选择成：例如如图8的剖面图中所示的，在没有外应力的情况下，轨带112、212处于相对于框架111、211的平面错开在管道侧的一平面中。中间膜体113、213的柔软度应该使得其实际上不会造成阻碍轨带112、212的竖直和水平平移运动。

轨带112、212是由一种足够柔软以伴随指状件151、152、155、250运动的材料制造，同时该材料又足够坚固以在指状件摩擦作用下不会磨损。可通过两种方式获得该构件的柔软性：或者选择用高硬度材料制成很薄的构件(例如厚度0.1mm的钢板可能适用)，或者选择用柔软的或低弹性模量的材料制成的厚构件。例如，对于轨带可以选择高密度聚乙烯或聚酰胺族的化合物。EMS-Chemie公司的聚酰胺12 GrilamidL 20W 20就非常合适。其特征特别在于如下的机械特性：

拉伸测试(1mm/min)时的弹性模量：500MPa

在蠕变极限(50mm/min)的抗拉强度：30MPa

在蠕变极限(50mm/min)的拉伸伸长率：20％

断裂负荷(50mm/min)：40MPa

断裂伸长率(50mm/min)：＞50％

有关有缺口试样的强度

(在23℃的卡毕抗冲击强度)：40kJ/m²

(在-30℃的卡毕抗冲击强度)：3kJ/m²

邵氏D硬度：65

本发明的膜体在轨带112、212上配有联接部件，用以使轨带与泵送单元的每一个指状件151、152、155、250联接。因此本发明的目的是使该轨带跟随着指状件的运动。换句话说，不仅轨带应该在一指状件处于闭合位置时按压在管道上，而且轨带还应该追随指状件的回缩运动，以便在一指状件处于高位时不在管道上施加压力。

如在图3和图10中清晰地所示的，由指状件端部确定的曲线相应于一条正弦曲线。无论该曲线的行进状态如何，其在两个外指状件351、355之间测出的总长度保持恒定。因此，轨带112、212无须是弹性的，只需轨带足够柔软以追随指状件151、152、155、250的正弦运动。但是，在两个相继的指状件351、352/353、354之间的距离则随着往复周期的行进而变化。当指状件351、352靠近其行程末端时，此距离较小，而当两个指状件353、354靠近其行程中央时，此距离较大。在图10的实施例中，最前两个指状件351、352之间的距离为大约4.2mm，而在第三和第四指状件353、354之间，距离为大约4.4mm。因此，如果轨带不是弹性的，轨带就需要跟随着指状件151、152、155、250的运动，同时具有按照相对于指状件151、152、155、250进行小幅往复运动的平移可能性。因此，联接部件不应太过刚性，因此联接部件在流体流动方向上具有一定程度的自由度。

在图1至图3中所示的第一实施方式中，联接部件120由一系列环121、122构成，在这些环中可穿入被设置于指状件151、152、155端部的榫头161。环121、122设置于在已装配状态处于泵送单元侧的轨带面上。在所述的例子中，这些环被分成两组，其中第一组设置在轨带的一纵向侧上，而另一组设置在另一侧上。这样方便将环121、122安装在榫头161上。这些榫头161垂直于流动平面地大致设置于指状件151、152、155的端部。在图3中，这些环是可以看到的，图3显示出轨带112，该轨带的全部环121、122都呈长圆形状的。如在图1中所示，但优选的是端部环122几乎是圆形的，而中间环121保留沿流动方向伸长的长圆形状。这允许使轨带的上游端部和下游端部相对于其对应的指状件151、155基本保持固定，同时留出轨带112在中间指状件152上按往复运动滑动的可能性。因此在图3上就观察到，(从左边算起)第三个指状件和第九个指状件——即位于端部位置的指状件——的环，几乎定中心在其对应的榫头上，而例如还观察到，第五个指状件的环在左侧上相对于其榫头错开。因此，轨带具有相对于中间指状件152端部的相对平移运动。

在图4至图9中介绍的本发明第二实施例中，联接部件由呈蘑菇状元件220的卡紧元件构成。这些蘑菇状元件220由板222置于其上的杆221构成。将板222的尺寸确定为和使板222在杆221上定位为使得：在横向平面(图6b)中形成一些凸肩223。

指状件250用于与这些蘑菇状元件220配合，这些指状件在其端部配设有槽260。槽260布置成：在已装配状态，槽260平行于流动平面。在槽的开口处，该槽带有两个凸肩261。槽260的宽度至少等于蘑菇状元件的板222的(横向)宽度，而介于两个凸肩261之间的开口至少等于蘑菇状元件的杆221的(横向)宽度。在图8中所示的已装配状态下，蘑菇状元件穿入槽260中，蘑菇状元件220的凸肩223就支撑在槽260的凸肩261上。

为了方便蘑菇状元件220卡扣到槽260中，优选的是，板222在其背离杆221的表面上呈尖头状或呈圆形，而且槽260的至少一个壁是由能在插入蘑菇状元件220时让开的弹性板实现。

由于这些凸肩223、261，蘑菇状元件220能够按照与垂直于图8平面的流动方向相平行的运动，在槽260中移动。为了避免轨带212在指状件总体运动的作用下移位——如同在管道中的流体移位那样，优选配有保持舌片217，保持舌片将就位在两个相继的指状件之间。优选如在图9中所示将该保持舌片布置在中央。

同样，为了避免中间膜体213在轨带212的上游端部和下游端部处破裂，可以由两个端部舌片216将轨带沿流动方向加以延长，使得轨带的刚性部分承受应力并与柔软部分进行更加和缓的过渡。

由于本发明的接触保持部件，就能够为指状件承靠在其上的膜体部分选择一种比较硬的材料，这种材料在指状件的摩擦作用下不会磨损。但是轨带的相对刚度不会在管道回复到其开放的圆柱形的状态时妨碍管道，因为接触保持部件强制轨带跟随着指状件的回缩运动，使得轨带离开管道。

由于轨带的强度较高的材料，在泵的寿命期当中不再需要更换膜体。因此就避免了繁琐的重新校准工作。

参考标记列表：

110    210            膜体

111    211            膜体的框架

112    212            膜体的轨带

113    213            膜体的中间膜体

114    214            膜体固定部件

       215            管道固定部件

       216            端部舌片

       217            保持部件

120    220            联接部件

121                   中间联接环

122                   外联接环

       221            蘑菇状元件的杆

       222            蘑菇状元件的板

       223            蘑菇状元件的凸肩

       250            指状件

151    351            外指状件

152    352、353、354  中间指状件

155    355            外指状件

160    260            与联接部件配合的部件

161                   联接榫头

       261            凸肩