用于蠕动泵的转子装置

本发明涉及一种改进的用于蠕动泵(peristaltic pump)的转子装置并且更具体 地涉及一种包括这样的转子装置的蠕动泵以及涉及一种使用蠕动泵的方法。

在医疗领域中使用的蠕动泵是一种其转子设置有滚子的泵，这些滚子逐步挤压弹 性软管的横截面以使液体在软管内运动。因此，该类型的泵被用于通过使泵-转子仅在软管 上运行而不与液体接触使流体在软管内循环。蠕动泵因此适合于需要将液体保持在限制的 氛围中的任何应用，例如以便当在无菌环境中工作时避免液体的污染。通常，蠕动泵适合于 在无菌性理念非常重要的环境中运行。泵因此不仅须实现其在软管内输送流体和防止其被 环境污染的功能，而且须避免环境被泵本身污染。

目前在市场上存在许多不同的蠕动泵以执行液体样品的无菌性测试。这些蠕动泵 在较宽的流率范围上被使用。例如使用者可能想要以一定量的液体填充成架的小试管。通 常，蠕动泵应能够输送以ml为单位例如每个试管0.5到10ml或更多的量。然后使用者利用蠕 动泵以用于该架试管的液体的量填充配量装置(dispensing apparatus)的容器，并且蠕动 泵然后将一定体积、例如2ml泵到每个试管中。当填充试管完成时，冲洗液体被填充在容器 中并且通过输送冲洗液体经过软管利用冲洗液体来冲洗软管。为此，适合用于接收冲洗液 体的不同容器被置于配量装置的出口。这样，配量装置在使用之后被清洁。

然而，为了填充架中的试管，蠕动泵须能够输送非常少量的液体，例如如上所述低 至0.5ml。这些量通常通过规定输送液体的速度和蠕动泵运行的时间由蠕动泵来控制。在该 所谓的计时器模式中，所输送的液体体积的精度受被滚子挤压的管区域的非传输体积影 响，如在图1中可见。死区DZ是在软管中没有液体可被传输的区域。为了保持良好的精度，需 要监控转子的滚子的位置使得死区DZ能够以被输送的和被供送的液体体积来补偿。因此， 当蠕动泵输送液体通过管时正确地评估死区DZ是非常重要的。

目前，滚子的角位置经由来自无刷马达驱动器的脉冲来限定。传感器探测表示0° 的初始化位置并且然后与滚子相关的死区根据该初始位置来定位。为此通常使用带有编码 器轮的查询表(LUT)或图表。编码器轮具有不直接联结至死体积(dead volume)的位置的已 知的等间距的部段。而且，也可使用与指示死体积位置(在该处速度须被增加)的编码器轮 相耦合的速度调整(最大速率)。然而，这些方法可能引起麻烦，因为来自马达驱动器的输出 信号由于来自电子驱动器的不良信息可能不能精确地确定转子的角位置。

这样的方法例如使用在文件US4,473,173中，在其中蠕动泵的已知的输出曲线被 划分成已知的区段并且由微处理器输入装置来评估。利用输出曲线的一区段，其确定地转 移一已知的体积并且非常可重复。

文件US 2005/0180856 A公开了一种步进马达，其可机械地联接至旋转的位置编 码器使得马达的旋转位置的测量可被反馈至处理器。该处理器可引起步进马达插入编码器 的脉冲位置之间。

本发明的目的是提供一种用于配量装置的蠕动泵，其带有监控影响泵的输出的死 区的改进的可能性。该目的通过一种用于蠕动泵的转子装置来实现，其包括：壳体；在轴向 上延伸的且安装在壳体中的支撑轴；转子(其包括安装在支撑轴上的且从支撑轴在径向上 延伸的转子主体并且具有安装在转子的在径向上在外的部分上的多个滚子，滚子优选地相 等地以周缘间隔分隔开)；连接至支撑轴的用于驱动转子的驱动装置，其中，转子装置此外 包括与直接或间接地设置在支撑轴上的滚子的数量对应的大量滚子-标记，其中，滚子-标 记指示死区。这些标记可由对应的传感器容易地来探测。因此，转子的位置在结构上直接或 间接地在支撑轴上来限定并且不再会发生由于来自电子驱动器的不良信息的错误。而且， 更容易监控转子的角位置并且使用者获得了对于小体积(亦即小的计时器输入)的体积传 输的良好可重复性。最终，标记可设置在沿着支撑轴或转子的任何位置上，这使得在结构条 件或必要性方面标记的设置非常灵活。

转子装置此外可包括用于指示直接或间接地设置在支撑轴上的转子的初始位置 的初始化-标记。基本上，该初始化-标记可以是滚子-标记中的一个，只要滚子的和对应的 标记的周缘间隔是规则的(相等的间隔)并且在支承转子和滚子-标记两者的支撑轴方面滚 子和滚子-标记两者在周缘位置中在对应的位置上。然而，初始化-标记也可以是单独的标 记，其允许在初始化之后相同的起始位置的简单限定。如上所述，滚子-标记优选地以与滚 子的间隔对应的间隔隔开，更优选地滚子和滚子-标记在支撑轴方面在周向上具有相同的 位置。这此外使评估容易，因为与滚子位置对应的每个死区的精确位置可非常精确地来限 定。

滚子-标记和/或初始化-标记可设置在由支撑轴支撑的控制盘上。控制盘被固定 至支撑轴使得在轴与盘之间不能产生相对运动。控制盘也是非常灵活的元件以可靠地探测 标记和与相应的传感器合作。

滚子-标记和/或初始化标记优选地形成为在支撑轴上或在控制盘上的突出部。这 样的突出部易于由不同的传感器(光学的、感应的传感器)探测。突出部尤其可形成在控制 盘的外周缘上。这允许转子元件和传感器在轴向上非常小地隔开的布置。

用于探测标记的传感器不必是转子的一部分，但是其优选地被固定至转子装置的 壳体以确保在标记方面传感器的精确定位。传感器可以是各种传感器，例如不仅可探测突 出部、而且可探测有的标记或发磷光的材料的光学传感器，但是优选地传感器是感应传 感器，其在结构上突出的标记方面非常可靠。

本发明尤其涉及一种包括如上所述的转子装置的蠕动泵。该蠕动泵此外包括邻近 于转子布置的可移动的颚钳，该可移动的颚钳可在输送位置(在该位置中软管被固定在可 移动的颚钳与转子的滚子之间并且在该位置中液体可在软管中被输送)与装载位置(在该 位置中可移动的颚钳与转子的滚子分隔开并且软管可被从蠕动泵卸下/取出或装载到蠕动 泵中)之间移动。蠕动泵此外包括控制装置用于控制转子和蠕动泵的功能并且用于监控转 子的初始位置和关于初始位置的旋转。如果传感器不被转子装置包括，这样的蠕动泵可包 括探测直接或间接地连接至转子装置的支撑杆的标记的传感器。

本发明的另一方面是一种用于利用蠕动泵传输小或微体积的方法，其包括以下步 骤：插入软管；开始利用蠕动泵输送液体，由此探测与滚子对应的在控制盘上的标记并且基 于所探测的标记评估被输送的液体。优选地，在插入软管之前执行初始化步骤，其包括探测 在控制盘上用于初始位置的标记。

图1示出了蠕动泵的示意图，在其中突出了死区；

图2示出了蠕动泵的转子装置的剖面图；

图3示出了用于蠕动泵的转子装置的等距底视图；

图4示出了由转子装置所使用的且具有作为标记的突出部的控制盘；以及

图5示出了包括蠕动泵的配量装置。

在下文中，使用了术语“轴向”、“径向”和“周向”。其鉴于元件支撑轴来使用，也就 是说轴向描述了沿着支撑轴的方向，径向描绘了垂直于支撑轴的轴向的方向而周向描绘了 支撑轴的旋转方向(顺时针或逆时针)。此外，如果参考数字未使用字母，其涉及所有带有该 数字的参考标号(例如参考数字13意指参考数字13a和13b两者)。

本发明涉及蠕动泵的转子装置10。蠕动泵在图6中示出了并且例如在文件EP 1 612 423 A1中很详细地来说明。

图1示出了转子10、颚钳60和软管80的示意图。此外，指示了死区DZ，其在转子12旋 转期间当滚子将软管80压向颚钳60时发生。死区DZ随滚子14沿着颚钳60移动。这样，在管中 的液体被向前压并且被输送至软管80的出口。然而，在死区DZ中不能输送液体。

图2示出了如在蠕动泵50中所使用的转子装置10的剖面图。还示出了可移动的颚 钳60，其是蠕动泵的部分并且其用于将软管80夹在可移动的颚钳60与滚子14之间。

转子装置10包括在轴向上延伸的支撑轴16。支撑轴16由下轴承和上轴承20和22支 撑或安装在壳体18中。在支撑轴18的上端部分处安装有转子12，其包括转子主体13。一个或 多个滚子14安装在转子12的在径向上在外的部分上。在本实施例中，转子12包括上和下转 子主体13a、13b，其安装具有轴承17(例如滚针轴承)的轴承杆15，在其上安装相应的滚子14 并且滚子14通过其可围绕轴承杆15旋转。

优选地，存在布置在转子12的周向上的三个或更多个滚子14a、14b、14c。利用三个 滚子，可减少可移动的颚钳60的包围的几何结构以使能够在蠕动泵50中容易地装载和卸载 软管80(也就是说可移动的颚钳不必包围转子的大部分)。然而，只要转子12的周缘几何结 构允许用于滚子14的足够空间，当然也可存在四个、五个或任何其他数量的滚子。

在本实施例中转子12经由滑键19和螺栓24连接至支撑轴16，该螺栓被拧入转子的 上表面的中心中且进入支撑轴16的上端中。滑键19用于将转子12与支撑轴16在周向上相对 固定以便将支撑轴的旋转可靠地传递至转子12。

支撑轴16由驱动装置驱动，该驱动装置在该情况中是连接至蜗轮28的皮带轮26， 该蜗轮驱动被固定至支撑轴16的对应的小齿轮27。皮带轮26经由皮带连接至电动机30(见 图3)。然而，也可能的是皮带轮26由齿轮代替并且经由另一齿轮(多个)直接连接至电动机。 此外，理论上也可能电动机被包含到转子装置10的壳体18中并且直接驱动支撑轴16。

轴16可直接或间接地包括指示滚子的位置的标记，亦即标记可直接形成在支撑轴 16上，但是也可形成在另外的元件如在本申请中之后所述的控制盘上。通常，标记41、42可 以是光学标记，如某个颜、磷光剂或还有金属条。这些标记41可由不同的传感器35如光学 传感器或由感应传感器来探测。滚子-标记41优选地布置在与滚子在转子中相同的角位置 中。更具体地，滚子-标记41应指示每个转子的精确位置，亦即滚子-标记41直接或间接地在 支承-轴16上隔开成使得滚子-标记41的位置也指示转子的滚子14所在之处。换言之，在支 撑轴16方面滚子14的相对位置是与对应的标记41所具有的相同的位置。

在优选的实施例中，控制盘40设置在支撑轴16的下端部处。在此，控制盘40置于支 撑轴16的与转子12相对的端部上，但是只要构造空间允许可将这样的控制盘40置于沿着支 撑轴16的任何位置上。这使其可具有非常灵活的标记系统，其可被放置在支撑轴16上的任 何地方并且可适应于不同转子装置结构。

控制盘也可包括光学标记，但是在优选的实施例中标记形成为突出部，其优选地 设置在控制盘40的外周缘上。在该情况中，因为存在三个滚子14a、14b、14c，所以存在三个 突出部41a、41b和41c。这些突出部可在宽度和/或长度上独特地来形成，使得传感器35、例 如感应传感器可在各个标记/突出部41之间进行区分。因此，传感器不仅可探测滚子14是在 某个位置中，而且可探测精确哪个滚子14在该位置中。

此外，有利地还通过控制盘40限定转子12的初始位置。基本上，标记/突出部中的 任何一个可被用作用于初始位置的标记，尤其如果不同的标记41b、41a和41c如上所述可区 分。然而，在滚子14的位置方面可能的是附加的标记优选为初始化标记42。这使转子12可在 预定的位置中被初始化，该位置不必一定要与滚子-标记41中的一个一致。另一可能性是将 传感器35放置在预定的位置中，使得如果探测到任何滚子-标记41或某个滚子-标记41转子 12是在初始位置中。当然，为了该目的也可设置第二传感器。

传感器35在图3中可见。在此，传感器经由固定板36和螺栓37被固定至转子的壳体 18。传感器35可以是无线的，但是在该情况中存在电线38，其将传感器35连接至设置在蠕动 泵中的控制装置(未示出)。

在图5中示出了这样的蠕动泵50。蠕动泵具有壳体53，其包括转子装置10，并且用 作用于转子的定子。在上表面上设置可移动的颚钳60，其如在图5中可见被盖51遮盖。该盖 具有缝隙52，该软管或多个软管80可被引导穿过该缝隙。

此外，蠕动泵50包括控制装置用于控制蠕动泵50和转子装置10的所有功能。此外， 控制装置也监控转子的初始位置和关于初始位置的旋转。使用者确定使所需的体积被输送 的转子旋转的速度和时间。

倘若转子不包括固定在转子壳体上的传感器35，蠕动泵50可包括用于探测标记41 的传感器35。

为了使用蠕动泵50，容器54填充有液体，转子被带到初始位置中并且可移动的颚 钳被移动到装载位置中。然后，软管被装载到蠕动泵中、尤其到缝隙52中并且可移动的颚钳 被移动到靠近转子12的输送位置中。在这之后，转子开始旋转并且液体在软管80内被输送。 在输送液体期间，标记由对应的传感器探测并且滚子的死区DZ可被精确地评估。因此，被输 送的液体也可基于所探测的标记和转子旋转的时间及速度被非常精确地确定。

本发明此外涉及一种用于利用如上所述的蠕动泵传输小/微体积的方法，其包括 以下步骤：将可移动的颚钳(60)移动到装载位置中；插入软管(80)；将可移动的颚钳(60)移 动到输送位置中；开始利用蠕动泵(50)输送液体，由此探测与滚子(14)对应的标记(41)并 且基于所探测的标记(41)评估被输送的液体。在优选的实施例中，所述方法此外包括通过 探测用于初始位置的标记(42)将转子(12)移动到初始位置中的步骤。