СТЕРИЛИЗУЕМОЕ НАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО
STERIALIZABLE PUMPING DEVICE

Изобретение относится к насосному устройству, прежде всего для медицинского использования, в особенности для водоструйной хирургии.
При водоструйной хирургии струя физиологического раствора поваренной соли направляется через подходящий инструмент на биологическую ткань, которая вследствие этого полностью или частично рассекается и/или разъединяется. Тем самым сделано возможным использование щадящих операционных техник. Соответствующий инструмент должен снабжаться рабочей текучей средой, прежде всего раствором NaCl, с требуемым давлением и/или требуемым объемом подачи. Для этого в уровне техники служит насосное устройство, которое типично имеет два работающих навстречу друг другу, приводимых в действие раздельно поршня насоса. Посредством соответствующих впускных и выпускных клапанов обеспечено всасывание поршневыми насосами раствора NaCl и направленная поставка его к инструменту.
Такие насосные устройства поставляются, например, в качестве стерильного оборудования одноразового применения. Под насосным устройством подразумевается медицинский стерильный продукт. Это требует изготовления насосного устройства при особых требованиях по чистоте, например в чистом пространстве, а также очистки его в соответствующих случаях после монтажа. Прежде всего, насосное устройство должно быть полностью стерилизовано после монтажа. Для этого могут быть использованы способы газовой стерилизации, в рамках которых соответствующий стерилизующий газ, такой как, например, этиленоксид, формальдегид, надуксусная кислота и тому подобное, направляется через каналы насосного устройства. Вследствие того, что насосное устройство приспособлено, однако, к транспортировке жидкостей, но не к транспортировке газов, имеется проблема обеспечения действительного достижения применяемым стерилизующим газом всех относящихся к делу мест насосного устройства.
Другая проблема насосных устройств обусловлена требуемым большим диапазоном регулируемого объема подачи. Как при быстром, так и, прежде всего, при очень медленном перемещении поршня должна производиться равномерная, непульсирующая и бесперебойная струя NaCl. Это предъявляет особо большие требования к впускным и выпускным клапанам насосного устройства.
Исходя из изложенного, в основу изобретения положена задача усовершенствования насосного устройства.
Эта задача решена в насосном устройстве для использования в медицинской технике, содержащем корпус насоса, который имеет первую часть корпуса и вторую часть корпуса; всасывающий канал и напорный канал, которые выполнены в первой части корпуса; по меньшей мере два цилиндра насоса, которые выполнены во второй части корпуса с возможностью размещения в них поршней насоса, причем от цилиндров отходят по два канала насоса; выемки клапанных камер, которые выполнены в одной из частей корпуса; запоры клапанных камер, которые соотнесены с выемками клапанных камер для их замыкания с образованием клапанной камеры, в которой оканчиваются всасывающий канал, напорный канал и каналы насоса; по меньшей мере один запирающий компонент клапана, который выполнен проницаемым для стерилизующего газа.
Как указано выше, предлагаемое в изобретении насосное устройство содержит корпус насоса, который имеет по меньшей мере первую часть и вторую часть корпуса. Предпочтительно, корпус состоит лишь из первой и второй частей корпуса. В то время как одна из частей корпуса имеет цилиндр насоса для размещения поршня насоса, другая часть корпуса снабжена всасывающим каналом и напорным каналом. Кроме того, в корпусе насоса выполнены клапанные камеры, в которых расположены запирающие компоненты клапанов. Клапанные камеры образованы посредством выемок клапанных камер и запоров клапанных камер. В то время как выемка клапанной камеры расположена в одной из частей корпуса, запор клапанной камеры может быть выполнен в другой части корпуса. Тем самым клапанные камеры, то есть корпуса клапанов, образованы самим корпусом насоса. Например, все выемки клапанных камер могут быть выполнены в первой части корпуса, а все запоры клапанных камер - во второй части корпуса. Получена простая и удобная при монтаже конструкция, в которой все впускные и выпускные клапаны комплектуются при соединении частей корпуса.
Запирающий компонент клапана выполнен проницаемым для стерилизующего газа. Он состоит, например, из тарелки или пластины, выполненной из подходящего пластика, такого как, например силикон, или из эластомера, например этилен-пропиленового каучука, этилен-пропилен-диенового каучука, фтор-пропилен-мономера и тому подобного. За счет согласованности геометрической формы, то есть тонкостенной геометрии запирающего компонента клапана, и выбора его материала изготовления, низкомолекулярный стерилизующий газ может в достаточной мере проникать через запирающий компонент клапана и таким образом достигать внутренних каналов насосного устройства без продавливания стерилизующего газа через насосное устройство с приложением давления. Прежде всего, запирающий компонент клапана прилегает с незначительным предварительным напряжением или вовсе без такового к соотнесенному клапанному гнезду. Пружины клапана и тому подобное, предпочтительно, отсутствуют. Получающееся незначительное давление на поверхность на клапанном гнезде предотвращает прилипание запирающего компонента клапана к клапанному гнезду, что делает возможным, прежде всего, для всасывающего клапана всасывание жидкостей также с очень низким расходом потока (скоростью течения), а также содействует стерилизации. Требуются только в высшей степени незначительные силы для открытия клапана и, таким образом, требуются только в высшей степени незначительные различия давления на клапане для его открытия.
Предпочтительно, насосное устройство имеет запирающий компонент клапана, который выполнен примерно Т-образным в поперечном сечении, то есть имеет тарельчатый участок и центральную цапфу. Центральная цапфа может простираться во впускной канал, напорный канал или канал насоса. Прежде всего, когда тарельчатый участок запирающего компонента клапана выполнен асимметричным по отношению к радиальной плоскости, центральная цапфа предоставляет существенную помощь при монтаже. Кроме того, она обеспечивает при объединении частей корпуса правильное позиционирование запирающих компонентов клапанов и предотвращает их повреждение при объединении частей корпуса.
Запирающий компонент клапана, предпочтительно, имеет жесткий втулочный участок, относительно жесткий рант и расположенный между ними пружинный участок, который упруго соединяет рант с втулочным участком. Рант имеет меньший чем у выемки клапанной камеры диаметр таким образом, что между ними обоими образован проницаемый для потока кольцевой зазор. Альтернативно, в стенке выемки клапанной камеры могут быть выполнены перепускные карманы.
Пружинная зона, предпочтительно, представляет собой пружинящую, образованную посредством паза кольцевую зону, в которой измеренная в аксиальном направлении толщина материала тарельчатого участка меньше, чем на других местах тарельчатого участка. Паз, предпочтительно, концентрически окружает втулочный участок. Втулочный участок способен, таким образом, упруго продольно перемещаться по отношению к ранту. Предпочтительно, тарельчатый участок выпукло изогнут на обращенной к клапанному гнезду стороне. Кроме того, кольцеобразная пружинная зона, предпочтительно, имеет диаметр, величина которого, по меньшей мере, не уступает кольцеобразному клапанному гнезду, которое соотнесено с запирающим компонентом клапана.
Клапанные камеры выполнены, как описано, между выемкой клапанной камеры и запором клапанной камеры. Предпочтительно, запоры клапанных камер выполнены в виде выступающих в выемку клапанной камеры выступов. Выступы могут сидеть в выемке клапанной камеры с зазором или без зазора. В предпочтительном варианте осуществления кольцевой зазор выполнен между, например, цилиндрической или немного конической внешней краевой поверхностью запора клапанной камеры и соответствующим образом лежащей напротив него поверхностью выемки клапанной камеры. Его ширина, по меньшей мере, настолько велика, что он делает возможной, по меньшей мере, незначительную радиальную подвижность частей корпуса друг по отношению к другу до тех пор, пока они не соединены друг с другом. Подвижность задана таким образом, что части корпуса могут быть соединены друг с другом посредством поверхностного неразъемного соединения, прежде всего методом сварки трением, например методом ультразвуковой сварки.
Посредством того, что запоры клапанных камер выполнены на выступах, которые выступают над заданной выполненным сваркой трением сварным швом плоскостью, возможно возникающие в процессе сварки трением деформации или утолщения материала не затрагивают клапанные камеры.
Канал насоса может быть предусмотрен в каждом запоре клапанной камеры.
С каждым цилиндром насоса могут быть соотнесены по меньшей мере два запора клапанной камеры, из которых один имеет служащий в качестве впускного канала канал, а другой - служащий в качестве выпускного канала канал (24, 29).
Запирающие компоненты клапанов отдельных клапанных устройств, предпочтительно, являются унифицированными, то есть выполнены взаимно одинаковыми. Тем не менее, они могут быть выполнены также и различными. Каждый запирающий компонент клапана имеет в своей центральной области уплотненный участок, в то время как на его периферийном ранте или на соседней с ним структуре корпуса насосов задана перепускная структура. Она может содержать одну или несколько пронизывающих рант запирающего компонента клапана выемок или быть выполненной посредством выемок на поверхности прилегания, смежной запирающему компоненту клапана.
Предпочтительно, запирающий компонент клапана по меньшей мере одного из клапанов расположен прилегающим к клапанному гнезду без зазора. При этом он сам выполнен в достаточной степени деформируемым для обеспечения ему возможности упругого освобождения управляемого им канала. Все клапаны могут быть выполнены соответственно этой конструкции. Является возможным расположение всех запирающих компонентов клапанов всех клапанов прилегающими к клапанным гнездам с одинаковым предварительным напряжением. Альтернативно, также возможно позволять запирающим компонентам клапанов различных клапанов прилегать к клапанным гнездам с различными предварительными напряжениями. Например, запирающие компоненты клапанов впускных клапанов могут прилегать к клапанным гнездам с менее значительным предварительным напряжением или с нулевым предварительным напряжением или с зазором, а запирающие компоненты клапанов выпускных клапанов могут прилегать к клапанным гнездам с более значительным предварительным напряжением.
Дополнительные подробности выгодных вариантов осуществления изобретения являются предметом описания, чертежа или пунктов формулы изобретения. Показано на:
фиг. 1 - насосное устройство согласно изобретению, на схематичном изображении вертикального разреза;
фиг. 2 - впускной клапан насосного устройства согласно фиг. 1, на увеличенном изображении вертикального разреза;
фиг. 3 - запирающий компонент клапана насосного устройства согласно фиг. 1 и 2;
фиг. 4 - измененный вариант осуществления впускного клапана насосного устройства соответственно фиг. 1, на изображении вертикального разреза;
фиг. 5 - запирающий компонент клапана впускного клапана согласно фиг. 4, на перспективном изображении, и
фиг. 6 - вторая часть корпуса насосного устройства согласно фиг. 1, на упрощенном перспективном изображении.
На фиг. 1 проиллюстрировано насосное устройство 10, которое предусмотрено для медицинского использования. Оно может служить, например, в качестве насоса для раствора NaCl для водоструйной хирургии. Оно всасывает раствор NaCl или другую требуемую жидкость на обозначенном на фиг. 1 пунктиром присоединении 11 и направляет ее через также лишь схематически обозначенное присоединение 12 к водоструйному хирургическому инструменту.
Насосное устройство 10 имеет корпус 13, который состоит из первой части 14 корпуса и второй части 15 корпуса. Предпочтительно, корпус 13 состоит лишь из этих обеих частей корпуса, которые соединены друг с другом жестко и, предпочтительно, неразъемно. Части 14, 15 корпуса, предпочтительно, состоят из пластика, предпочтительно из пригодного для ультразвуковой сварки пластика.
В первой части 14 корпуса выполнены соединенный с присоединением 11 всасывающий канал 16 и соединенный с присоединением 12 напорный канал 17. Всасывающий канал 16 ведет к всасывающим клапанам 18, 19. Напорный канал 17 соединен с выпускными клапанами 20, 21.
Впускной клапан 18 и выпускной клапан 20 соотнесены с первым цилиндром 22 насоса, который поддерживает связь с впускным клапаном 18 посредством канала 23 насоса и с выпускным клапаном 20 посредством канала 24 насоса. В первом цилиндре 22 насоса расположен поршень 25 насоса, который может быть соединен посредством далее не рассматриваемого соединения с приводным устройством для обеспечения ему возможности контролируемого возвратно-поступательного перемещения в цилиндре 22 насоса для перекачивания.
Во второй части 15 корпуса расположен, кроме того, второй цилиндр 26 насоса, который соединен посредством каналов 27, 28 насоса с впускным клапаном 19 и с выпускным клапаном 21. В цилиндре 26 насоса расположен поршень 29 насоса, который может быть соединен посредством далее не рассматриваемого соединения с приводным устройством. Приводное устройство обеспечивает поршням 25, 29 насоса возможность перемещения в противоходе друг с другом таким образом, что перекачиваемая жидкость равномерно всасывается через впускной канал 16 и равномерно отдается через напорный канал 17. При этом приводное устройство, предпочтительно, выполнено таким образом, что оно может в противоходе перемещать поршни 25, 29 насоса с переменными скоростями и/или переменными ходами для задания объема подачи и давления подачи перекачиваемой жидкости в широких пределах по потребности.
Притоком и оттоком жидкости в оба цилиндра 22, 26 насоса и из них управляют впускные клапаны 18, 19 и выпускные клапаны 20, 21, которые являются обратными клапанами. Для последующего разъяснения свойств этих клапанов, замещая остальные клапаны 19, 20, 21, ниже сделаны отсылки на впускной клапан 18 при помощи фиг. 2.
К впускному клапану 18 принадлежит клапанная камера 30, которая поддерживает связь с впускным каналом 16 и с каналом 23 насоса. Предпочтительно, впускной канал 16 и канал 23 насоса расположены на лежащих напротив друг друга сторонах клапанного канала 30.
Для образования клапанной камеры 30 одна из частей корпуса, в данном случае, например первая часть 14 корпуса, имеет выемку 31 клапанной камеры, которая соотнесена с предусмотренным в каждом случае на другой части корпуса, в данном случае, второй части 15 корпуса, запором 32 клапанной камеры. Запор 32 клапанной камеры образован в данном варианте осуществления посредством цапфоподобного выступа 33, который выступает, исходя из верхней торцовой поверхности 34 второй части корпуса 15, в выемку 31 клапанной камеры. Канал 23 насоса простирается через выступ 33 и оканчивается у его торцовой поверхности в клапанной камере 30.
Как показано на фиг. 1 и 6, выступ 33 может быть выполнен цилиндрическим или также (очень незначительно) коническим. Его, например, цилиндрическая внешняя краевая поверхность может прилегать к внутренней стенке выемки 31 клапанной камеры или задавать совместно с ней, как иллюстрирует фиг. 2, кольцевой зазор 35. Обе части корпуса 14, 15 соединены друг с другом настолько плотно, что клапанная камера 30 сообщена с всасывающей камерой 16 и с каналом 23 насоса, а в остальном, однако, уплотнена. Является возможным изготовление уплотнения посредством прессовой посадки выступа 33 в выемке 31 клапанной камеры. Также уплотнение может быть осуществлено посредством отдельного уплотняющего элемента, например уплотняющего кольца. Предпочтительно, уплотнение производится, однако, посредством неразъемного соединения, прежде всего выполненного сваркой трением сварного шва 36, прежде всего в форме ультразвукового сварного шва, который замкнутым образом окружает по всему его периметру каждый выступ 33. Для этого выступ 33 может быть выполнен ступенчатым в его отличном от нуля зазоре 35, равно как и выемка 31 клапанной камеры может иметь кольцевую полку. Когда части корпуса 14, 15 соединены и подвергнуты действию ультразвука, кольцевой зазор 35 предоставляет поперечную подвижность, достаточную для образования ультразвукового шва или, соответственно, выполненного сваркой трением сварного шва 36 между ступенью и кольцевой полкой. Этот шов, предпочтительно, расположен во всех вариантах осуществления с удалением от клапанной камеры 30.
В клапанной камере 30 расположен запирающий компонент 37 клапана. Он проиллюстрирован на фиг. 3 отдельно. Запирающий компонент 37 клапана, предпочтительно, состоит полностью из пластика, более предпочтительно, из единственного пластикового материала, который является гибким и проницаемым для стерилизующего газа. Например, запирающий компонент 37 клапана может состоять из этилен-пропиленового каучука, этилен-пропилен-диенового-каучука, фтор-пропилен-мономера и тому подобного. Этот компонент, предпочтительно, имеет тарельчатый участок 38, который, предпочтительно, имеет выполненную несколько выпукло-изогнутой плотную поверхность, и снабжен по его периметру продольно выступающим кольцеобразным рантом 39. Между рантом 39 и центральным втулочным участком 40 тарельчатый участок 38, предпочтительно, имеет кольцеобразную пружинную зону 41, которая может быть образована посредством обращенного от выпукло-изогнутой стороны, окружающего втулку 40 кольцевого паза. Пружинная зона 41 делает возможным легкое отпружинивание в осевом направлении сравнительно более жесткого ранта 39 по отношению к также жесткому втулочному участку 40. Упругая деформация преимущественно происходит в пружинной зоне 41. Пружинная зона действует также в качестве проницаемой зоны, в которой толщина стенки составляет, во всяком случае, лишь несколько десятых долей миллиметра. Стерилизующий газ может проникать через пружинную зону 41 в достаточном для осуществления стерилизации количестве.
От втулочного участка 40 центральная цапфа 42 простирается прочь, предпочтительно, концентрически в осевом направлении, причем центральная цапфа 42 выступает без его перекрытия в отходящий от клапанной камеры 30 канал, например, в канал 23 насоса. Центральная цапфа 42 может быть использована для помощи в ориентации и при монтаже.
Выпуклая торцовая поверхность запирающего компонента 37 клапана обращена, например, к образованному посредством кольцевого утолщения клапанному гнезду 43, которое окружает всасывающий канал 16. Клапанное гнездо 43 может быть образовано, как представлено в примере на фиг. 2, посредством круглого ребра. Этим обеспечено совместно с упругостью пластика запирающего компонента 37 клапана поверхностно уплотняющее прилегание между запирающим компонентом 37 клапана и клапанным гнездом 43. Предпочтительно, диаметр клапанного гнезда 43 самое большее так же велик, как диаметр пружинной зоны 41. Кроме того, оба элемента, предпочтительно, расположены концентрически по отношению друг к другу.
С запирающим компонентом 37 клапана соотнесена перепускная структура 44. Она расположена в клапанной камере 30, предпочтительно, на лежащей напротив клапанного гнезда 43 стороне. Перепускная структура 44 может быть образована, как показывает фиг. 2, посредством радиальных пазов 45, один или несколько из числа которых, исходя от канала 23 насоса, простираются радиально наружу. Диаметр ранта 39 меньше диаметра клапанной камеры 30. Тем самым тарельчатый участок 38 может омываться жидкостью в продольном направлении.
Описанное в такой степени насосное устройство 10 работает, как указано ниже.
В процессе функционирования поршни 25, 29 насоса перемещаются попеременно вперед и назад. Проходящий в каждом случае в направлении увеличения объема цилиндра 22 или 26 насоса поршень 25 или 29 насоса всасывает посредством всасывающего канала 16 раствор хлорида натрия. При этом запирающий компонент 37 клапана перемещается при легкой деформации пружинной зоны 41, а также, в соответствующих случаях, и других частей, на некоторое удаление от клапанного гнезда 43 для освобождения прохода.
В измененных вариантах осуществления клапанная камера 30 и запирающий компонент 37 клапана также могут быть согласованы друг с другом таким образом, что запирающий компонент 37 клапана имеет некоторый осевой зазор. Также и в этом случае всасывающее перемещение соответствующего поршня 25 или 29 насоса приводит к открытию соответствующего впускного клапана 18 или 19.
Если один из поршней 25, 20 насоса перемещается, напротив, в направлении уменьшения объема цилиндра 22, 26 насоса, давление жидкости и поток жидкости осуществляет закрытие соответствующего впускного клапана 18, 19 и открытие соответствующего выпускного клапана 20, 21, который выполнен соответственно впускным клапанам 18, 19. Конструктивное различие состоит лишь в том, что клапанное гнездо 43 расположено не на стороне первой части 14 корпуса, а на стороне второй части 15 корпуса для окружения канала насоса 24 или, соответственно, 28, т.е. клапанное гнездо 43 выполнено у канала 24, 28 насоса, который ведет к напорному каналу 17. Соответствующим образом, перепускная структура 44 соотнесена с частью 14 корпуса и расположена на днище выемки 31 клапанной камеры.
Описанное в такой степени насосное устройство 10 производится, как указано ниже.
Сначала поставляются части 14, 15 корпуса, а затем на проиллюстрированную на фиг. 6 часть 15 корпуса насаживаются запирающие компоненты 34 клапана. При этом запирающие компоненты 34 клапана располагаются на соответствующих выступах 33, принимая в каждом случае представленную на фиг. 1 ориентацию. Затем первая часть 14 корпуса своими выемками 31 клапанной камеры надевается на выступы 33. При этом она соприкасается с выполненными на выступах 33 кольцевыми полками 46 прежде, чем ее нижняя сторона достигает верхней торцовой поверхности 34. За счет воздействия ультразвука теперь на полках 46 образуются кольцеобразные ультразвуковые сварные швы или, соответственно, выполненные сваркой трением сварные швы 36 (фиг. 1).
После произведенного монтажа насосное устройство 10 стерилизуется совместно с поршнями 25, 29 насоса или без них. Для этого применяется преимущественно принцип газовой стерилизации, при которой состоящие, предпочтительно, из пластика части 14, 15 корпуса не подвергаются либо вовсе никакой, либо сколько-нибудь существенной температурной нагрузке. При промывке насосного устройства 10 стерилизующим газом, он подается, например, посредством присоединений 11, 12 во всасывающий канал 16 и/или в напорный канал 17. При этом газ может легко открывать впускные клапаны 18, 19 и/или выпускные клапаны 20, 21 и/или проходить за счет диффузии через тонкую пластиковую мембрану, прежде всего в области втулочного участка 41. Тем самым сделана возможной надежная стерилизация насосного устройства 10.
В описанном насосном устройстве 10 являются возможными многочисленные видоизменения. Например, перепускная структура 44 может быть образована, как иллюстрируют фиг. 4 и 5, посредством выемок 47, которые выполнены в ранте 39 запирающего компонента 37 клапана. Напротив, в этом варианте осуществления с рантом 39 может быть соотнесена ровная закрытая прилегающая поверхность 48, которую образует торцовая поверхность выступа 33 или, соответственно, запора 32 клапанной камеры. Кроме того, следует упомянуть, что канал 16 поблизости от клапанного гнезда 43, как представлено, может быть образован посредством нескольких отдельных каналов или также посредством единственного канала большего поперечного сечения. Возможны также и другие видоизменения.
Насосное устройство 10 согласно изобретению имеет особо простую конструкцию, в состав которой входят лишь две части 14, 15 корпуса, а также четыре запирающие компонента 37 клапанов и поршни 25, 29 насоса. Запирающие компоненты 37 клапанов, предпочтительно, выполнены взаимно одинаково и захвачены в кармане между обеими частями 14, 15 корпуса. Части 14, 15 корпуса, предпочтительно, соединены друг с другом неразъемно посредством ультразвукового сварного шва. Запирающие компоненты клапанов образованы из подобных пластинам или тарелкам упругих пластиковых деталей, которые, факультативно, в качестве вспомогательного элемента для монтажа и ориентации могут иметь центральную цапфу 42. По желанию, запирающие компоненты клапанов могут прилегать с предварительным напряжением или без него к их соответствующим клапанным гнездам 43 и образуют особо надежно открывающиеся и закрывающиеся, реагирующие на самые незначительные скорости течения, легко стерилизуемые клапаны.
Список ссылочных обозначений
10
насосное устройство
11
присоединение к запасу NaCl
12
присоединение к водоструйному хирургическому инструменту
13
корпус
14
первая часть корпуса
15
вторая часть корпуса
16
всасывающий канал
17
напорный канал
18
всасывающий клапан
19
всасывающий клапан
20
выпускной клапан
21
выпускной клапан
22
первый цилиндр насоса
23, 24
каналы насоса первого цилиндра 22 насоса
25
поршни насоса
26
второй цилиндр насоса
27, 28
каналы насоса
29
поршни насоса
30
клапанная камера
31
выемка клапанной камеры
32
запор клапанной камеры
33
выступ
34
верхняя торцовая поверхность второй части 15 корпуса
35
кольцевой зазор
36
выполненный сваркой трением сварной шов
37
запирающий компонент клапана
38
тарельчатый участок
39
рант
40
втулочный участок
41
пружинная зона
42
центральная цапфа
43
клапанное гнездо
44
перепускная структура
45
радиальные пазы
46
кольцевая полка
47
выемка
48
прилегающая поверхность