DE3909657A1 - Pumpenschlauch fuer eine peristaltische pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Pumpenschlauch für eine peristaltische Pumpe.

Im medizinischen Bereich werden Peristaltikpumpen oder Schlauchpumpen als Infusionspumpen verwendet. Solche Pumpen ermöglichen den sterilen Transport von größeren Mengen Infusionsflüssigkeit. Der auswechselbare Pumpen­ schlauch stellt ein preiswertes Einmalerzeugnis dar, welches in steriler Form geliefert wird, vom Benutzer in das Infusionsgerät eingesetzt werden kann und nach Gebrauch fortgeworfen wird. Allerdings werden an den Pumpenschlauch hohe Anforderungen bezüglich Walkfähig­ keit, Elastizität, Abriebfestigkeit und Maßhaltigkeit gestellt. Das Fördervolumen hängt von den Querschnitts­ abmessungen des Pumpenschlauchs ab und von dessen Rück­ stellfähigkeit. Weiterhin muß das verwendete Material physiologisch unbedenklich, d.h. gegenüber den ver­ wendeten Medien inert sein. Umgebungseinflüsse wie Tem­ peratur, Luftfeuchte, Licht und Desinfektionsmittel dürfen das Material nicht beeinflussen.

Üblicherweise werden Pumpenschläuche für peristaltische Pumpen aus hochelastischem Material, z. B. Silikon, mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt. Der Pumpenschlauch wird mit Hilfe spezieller Verbindungsstücke, die zu­ gleich als Fixierhilfen dienen können, in die Infusions­ leitung eingesetzt. Die bekannten Pumpenschläuche haben runden Querschnitt. Wenn ein Schlauch mit rundem Quer­ schnitt durch äußere Krafteinwirkung gequetscht wird, ergibt sich eine ungleichmäßige Materialbeanspruchung, wobei insbesondere die Knickstellen des Schlauchquer­ schnitts stark belastet werden. Verstärkt wird diese Materialbelastung noch dadurch, daß die Abquetschung des Schlauches nicht nur in einem Maße erfolgt, daß die beiden Schlauchwandteile gegeneinandergelegt werden, sondern daß darüber hinaus zur sicheren Abquetschung eine zusätzliche Kraft aufgebracht wird, bei der eine Kompression der flach gegeneinanderliegenden Schlauch­ hälften erfolgt. Da eine derartige Abquetschung bei peristaltischen Pumpen mit großer Häufigkeit erfolgt, treten Ermüdungserscheinungen des Schlauchmaterials auf. Außerdem besteht die Gefahr des Abriebs von Schlauchmaterial im Schlauchinnern, wodurch Fremdparti­ kel in die Infusionslösung gelangen können. An den beim Abquetschen entstehenden Knickstellen des Schlauches er­ gibt sich an der Schlauchinnenseite eine sehr starke Materialquetschung, während an der Außenseite starke Dehnungen entstehen. Außerdem sind die peristaltischen Pumpen Toleranzen unterworfen, durch die das Maß der Schlauchabquetschung variiert. Alle diese Umstände führen dazu, daß das Schlauchvolumen sich während des Betriebs verändert, mit der Folge, daß sich auch die Förderrate bzw. Infusionsrate verändert.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Pumpenschläuche besteht darin, daß die Schlauchwand infolge der ge­ forderten hohen Rückstellkraft wenig nachgiebig ist und die Messung des Fluiddrucks mit Hilfe von elastischen Drucksensoren, die von außen her gegen die Schlauchwand drücken, erschwert. Nachteilig ist schließlich auch die Notwendigkeit, zusätzliche Fixierhilfen am Pumpen­ schlauch anbringen zu müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pumpen­ schlauch der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 an­ gegebenen Art zu schaffen, bei dem die Kraft, die zum okklusiven Verschluß des Schlauchs durch die peristal­ tische Pumpe aufzuwenden ist, verringert ist und bei dem die örtliche Materialbelastung während des Ab­ quetschens ebenfalls verringert ist, so daß Material­ schädigungen vermieden werden und ein besseres Rück­ stellverhalten erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an­ gegebenen Merkmalen.

Der erfindungsgemäße Pumpenschlauch hat ein Lumen, das aus zwei gegeneinanderstoßenden bogenförmigen Ab­ schnitten begrenzt wird, wobei an den Verbindungs­ stellen im Schlauchinnern Knicklinien gebildet sind. Das Schlauchlumen hat somit den Querschnitt einer konvexen Linse. Durch diese Ausgestaltung der Schlauchwände wird die Kraft, welche zum okklusiven Verschluß des Schlauches durch die Peristaltikpumpe aufzuwenden ist, verringert.

Die Materialstauchung verringert sich durch Verkleine­ rung des Knickwinkels, der dem Tangentenwinkel ent­ spricht, und ferner dadurch, daß entlang der Knick­ linien weniger Schlauchmaterial gequetscht werden muß. Der Pumpenschlauch ist somit in Richtung auf die be­ absichtigte Zusammendrückung vorgeformt, mit der Folge, daß die beim Abquetschen entstehenden Materialbe­ anspruchungen verringert sind. Dadurch wird auch der Schlauchabrieb, insbesondere im Bereich der beiden Quetschlinien, verringert oder beseitigt.

Eine zusätzliche Verminderung der Materialbelastung kann dadurch erreicht werden, daß von den Verbindungs­ stellen der bogenförmigen Abschnitte Stege nach außen abstehen, deren Stärke etwa der Summe der Stärken der beiden bogenförmigen Abschnitte entspricht. Dabei wird ein Teil der von außen her auf den Schlauch einwirken­ den Okklusionskraft, mit der die gegeneinanderliegenden bogenförmigen Schlauchabschnitte noch zusätzlich ge­ quetscht werden, von den Stegen aufgenommen. Auf diese Weise können Toleranzen des Infusionsgerätes bei der Bemessung der auf den Schlauch einwirkenden Kraft eli­ miniert werden.

Durch die Erfindung wird infolge der Materialentlastung des Pumpenschlauches eine Reduzierung des Partikel­ abriebs erreicht. Ferner wird die Standzeit des Pumpen­ schlauchs verlängert und die Konstanz des Förder­ volumens über die Infusionszeit erhöht. Die Stege be­ wirken eine Verbesserung der Seitenstabilität des Pumpenschlauchs.

Die Rückstellkraft des Pumpenschlauchs schafft die Mög­ lichkeit Flüssigkeit anzusaugen. Hierzu ist eine hohe Rückstellkraft des Pumpenschlauchs notwendig. Wenn mittels eines Drucksensors der hydraulische Druck im Schlauchinnern gemessen werden soll, indem ein Druck­ fühler gegen die Außenwand des Pumpenschlauchs drückt, verfälscht die Rückstellkraft des Pumpenschlauchs die Meßgröße. Ist diese Rückstellkraft konstant und nicht zu groß, so kann man sie rechnerisch berücksichtigen und ein brauchbares Meßergebnis erhalten. Um die Rück­ stellkraft im Bereich des Meßwertaufnehmers möglichst gering zu halten, ist gemäß einer weiteren Ausgestal­ tung der Erfindung auf einem Längenabschnitt des Schlauches die Wandstärke gegenüber den angrenzenden Bereichen verringert.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind an dem Pumpenschlauch einstückig angeformte Fixierstücke vorgesehen. Der Pumpenschlauch ein­ schließlich der Fixierstücke ist als Formteil her­ gestellt. Eine solche Gestaltung als Formteil erlaubt eine optimale Formgebung des Pumpbereichs und der Druckmeßzone. Querschnittsübergänge und Oberflächen­ beschaffenheit können den gewünschten Strömungsbedin­ gungen angepaßt werden, d.h. Querschnittsübergänge werden fließend ausgeführt und die Rauhheit der Innen­ fläche wird so gewählt, daß eine Gasblasenhaftung minimiert wird.

Der erfindungsgemäße Pumpenschlauch eignet sich ins­ besondere für den Einsatz in einer Fingerpumpe, bei der der Schlauch linear angeordnet und an einer Seite ab­ gestützt wird, während von der gegenüberliegenden Seite her mehrere Finger nacheinander auf den Schlauch ein­ wirken und diesen fortlaufend abquetschen. Der Pumpen­ schlauch ist aber auch bei anderen peristaltischen Pumpen einsetzbar, z. B. bei Rollenpumpen oder Taumel­ scheibenpumpen. Der Schlauch muß daher nicht not­ wendigerweise geradlinig sein, sondern er kann über seine Länge einen gekrümmten Verlauf haben.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des noch unkomprimierten Schlauchquerschnitts zwischen einem Widerlager und einem Pumpenfinger,

Fig. 2 die Einrichtung von Fig. 1 bei zusammen­ gequetschtem Schlauch,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Pumpenschlauch,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3, und

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit V aus Fig. 3.

Der Pumpenschlauch 10 von Fig. 1 weist im Querschnitt zwei bogenförmige Abschnitte 11, 12 auf, die das Schlauchlumen 20 derart umschließen, daß das Schlauch­ lumen die Querschnittsform einer konvexen Linse hat. Entlang der Verbindungsstellen 13 der bogenförmigen Abschnitte 11 und 12 sind längslaufende konkave Knick­ linien 14 gebildet. In diesen Knicklinien schließen die Tangenten an die Innenseiten der Schlauchabschnitte 11 und 12 einen Winkel a ein, der kleiner ist als 180° und bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 120° be­ trägt.

Die bogenförmigen Abschnitte 11 und 12 sind kreis­ förmig, wobei die Mittelpunkte beider Kreise gegen­ einander versetzt sind.

An die Verbindungsstellen 13 der Schlauchabschnitte 11 und 12 schließen sich nach außen weisende Stege 15 an. Die Stärke eines jeden Steges 15 entspricht etwa der Summe der Wandstärken der beiden bogenförmigen Ab­ schnitte 11 und 12.

In Fig. 1 ist der Schlauchquerschnitt im unkompri­ mierten Zustand dargestellt, also in dem Fall, daß keine äußeren oder inneren Kräfte auf den Schlauch ein­ wirken. Der Schlauch 10 besteht aus einem physiologisch unbedenklichen Elastomermaterial von hoher Rückstell­ fähigkeit.

In der peristaltischen Pumpe, die im übrigen nicht dargestellt ist, befindet sich ein Widerlager 16 und ein Druckfinger 17. Der Schlauch liegt mit dem einen bogenförmigen Abschnitt 12 zunächst lose am Widerlager 16 an und der Druckfinger 17 ist auf der gegenüber­ liegenden Seite angeordnet. Die Stege 15 verlaufen parallel zu den Stirnseiten von Widerlager 16 und Druckfinger 17.

Fig. 2 zeigt den Okklusionszustand des Schlauches 10, der zwischen dem Druckfinger 17 und dem Widerlager 16 zusammengequetscht ist. Dabei ist die Fläche des Schlauchlumens 20 auf Null reduziert. Im Bereich der Verbindungsstellen 13 der ursprünglich bogenförmigen Abschnitte 11 und 12 ergeben sich keine wesentlich höheren Materialquetschungen als in den übrigen Be­ reichen. Die Stege verhindern, daß der abgequetschte Schlauch 10 von dem Druckfinger 17 noch zusätzlich zu­ sammengequetscht wird und sie verhindern daher eine übermäßige Deformierung des Schlauches durch eine eventuell fehlerhaft eingestellte Infusionspumpe.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen einen Pumpenschlauch 10 mit dem anhand von Fig. 1 erläuterten Querschnitt. Auf einem Längenabschnitt 18, der nicht der Einwirkung von Druckfingern ausgesetzt ist, ist die Wandstärke redu­ ziert, so daß der Längenabschnitt 18 als Druckmeßzone benutzt werden kann, an die ein den Innendruck messen­ der Drucksensor von außen angesetzt werden kann.

An den Schlauchenden sind einstückig angeformte Fixier­ stücke 19 nach Art von Muffen vorgesehen. Diese Fixier­ stücke 19 dienen der Anbringung und lagegerechten Fixierung des Schlauches in einer peristaltischen Pumpe. Die Fixierstücke 19 dienen zugleich als An­ schlußstücke für den Anschluß von Infusionsleitungen.

Wie Fig. 5 zeigt, sind die Übergänge, in denen sich der Querschnitt des Schlauchlumens 20 in Längsrichtung ver­ ändert, stetig bzw. knickfrei ausgeführt, um eine mög­ lichst laminare Fluidströmung zu erreichen.

Claims (6)

1. Pumpenschlauch für eine peristaltische Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die das Schlauchlumen (20) des unverformten Schlauches umschließenden Schlauchwände aus zwei vorzugsweise symmetrischen bogenförmigen Ab­ schnitten (11, 12) bestehen, die an ihren Ver­ bindungsstellen (13) Tangenten haben, welche einen Öffnungswinkel (a) des Schlauches von weniger als 180° einschließen.

2. Pumpenschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Öffnungswinkel (a) weniger als 150° und vorzugsweise etwa 120° beträgt.

3. Pumpenschlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den Verbindungsstellen (13) Stege (15) nach außen abstehen, deren Stärke etwa der Summe der Stärken der beiden bogen­ förmigen Abschnitte (11, 12) entspricht.

4. Pumpenschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Längen­ abschnitt (18) des Schlauches die Wandstärke gegenüber den angrenzenden Bereichen verringert ist.

5. Pumpenschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einstückig angeformte Fixier­ stücke (19).

6. Pumpenschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Querschnittsverände­ rungen des Schlauchlumens (20) in Längsrichtung stetig und knickfrei ausgeführt sind.