CN102395391B - 流体泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体泵，尤其涉及一种液体泵，具有转动元件，该转动元件具有转轴(11)以及至少一个转动元件叶片，用于输送液体，其中，该转动元件的直径可以在第一收起状态与第二展开状态之间变化。所述至少一个转动元件叶片包括至少两个直立元件(12、13和14)，沿转轴(11)的纵向轴(18)彼此间隔，并且在转动元件的展开状态下从轴伸出；并且所述至少一个转动元件叶片还包括至少两个软性的肋元件(25、26、27、28、29和30)，彼此相隔一定距离，并从一个直立元件(12、13和14)至少延伸到另一个直立元件，软性的膜(10)保持在所述肋元件之间，并且在转动元件的展开状态下绷紧。通过转动元件叶片的膜状设计可以利用低反作用力实现转动元件的良好的收起能力，并且使转动元件容易竖起。该膜例如可以采用浸泡法制成。

Description

流体泵

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及精密工程技术，其中，小结构尺寸的技术元件的精密成形及制造均处于前沿。 

背景技术

该问题在例如微型泵的结构中起了重要作用，微型泵一方面需要高性能及可靠性，但在另一方面又要使得最小结构尺寸与理想输送性能相结合，并且还要有尽可能低的成本。 

而且，在许多医疗应用以及其他专门应用中，要求这种泵能够暂时缩小尺寸，以便被送入到难以达到的空间中，并在被送入应用空间中之后能够再次增加其尺寸。此外，在医疗领域中，还要求在例如人体空间中使用泵后，还能够使泵再次缩小尺寸，从而不需要通过大手术便能够从人体中取出。 

在医疗技术中，例如当提供导管泵送入到血流中，从而将血液输送到例如心室中时，就会有这种需求。 

这种可以改变直径的流体泵已知例如使用所谓形状记忆材料的设计，这种设计在第一温度获得一定的形状，并且当过渡到另一温度时，自动改变该形状。 

使用这种材料时，除了起始原料的高成本以外，人们还要考虑一系列的额外机械问题，具体涉及到记忆特性并且有可能不利于正常发挥作用。 

在现有技术中已知存在可展开且可收起的流体泵。例如，专利文献DE10059714Cl显示了一种带有泵传动的泵，可以被推送穿过血管。血流过的插管的直径可以展开或收起，以改变流动状态。 

血液泵的又一设计可以从WO 03/103745A2中推断出来，该血液泵的 转动元件可以沿径向收起及展开。根据公开文献，提供了不同的设计以实现展开功能。例如，利用导管的可以彼此代替的不同部分，可以实现泵壳收起以及在被送入病人体内后所需要的径向展开。而且，也公开了可以通过使驱动轴相对于位于导管内的线材旋转的方式产生线材的螺旋结构，所述线材形成转动元件叶片的外径界线。 

WO 03/103745A2进一步公开了一种转动元件结构，具有多个叶片，这些叶片本身具有刚性，枢接绞合在中心部，并且在泵运行时自行组装，从而产生液压。 

EP 0768900B1公开了一种泵，具有绞接在泵壳内的轴上的多个转动元件叶片，在非工作状态下，他们被折叠到轴上，在运行时，他们可以垂直于轴直立，以便输送液体。 

根据已知的现有技术能够获得多种机制，这些机制通过激励元件实现输送叶片/转动元件叶片的主动组装，在各个情形中，转动元件叶片的表面会变形和/或展开。 

发明内容

本发明的目的是提供一种流体泵，其转动元件以尽可能简单地方式构造，以保证其在运行过程中发挥正常的功能，并能利用尽可能小的反作用力实现简便且可靠地展开及收起。 

根据本发明，通过权利要求1的特征实现了该目的。 

因此，本发明基于所述泵的转动元件叶片包括至少两个直立元件的概念，所述直立元件以可移动的方式沿转轴的纵向彼此间隔地紧固在该转轴上，并且承载有软性的肋元件，例如，肋线或肋带，在至少两个直立元件之间彼此间隔延伸，其中，软性的膜保持在肋元件之间。 

“软性”表示“绳状”机械属性。当施加张力(也就是拉力)时，所述肋在伸长性方面非常刚硬(参见图14a)。然而，当没有施加张力(也就是拉力)时，该肋元件非常有弹性(即具有很高的弯曲弹性；也就是非常容易弯曲)。当这种软性的肋元件直立(参见图14b)且不施加拉力时，会发生弯曲(仅由其自身重量引起)，这是因其是不稳定的且具有低弯曲 模量。因此，如图14b所示，如果施加小于等于0N的拉力，该肋元件会弯曲(除非该肋元件被吊着或者放在平坦表面上)。 

这些软性的肋元件不同于现有技术中已知的肋元件。对于本发明很重要的是，沿转轴纵向彼此紧固的至少两个直立元件与软性的肋元件相比更具有刚性。因此，所例示的结构并没有显示出(均质的)框架结构，在该结构中，肋元件与直立元件具有相似的机械属性。相反，所述软性的肋元件应当具有较低的弯曲模量以便与膜相配合，而由所述直立元件提供稳定性。在较佳实施例中，所述直立元件的几何形状和/或材料不同于软性的肋元件的材料。直立元件在弯曲弹性方面要具有相当强的刚性，所述肋元件要具有相当强的柔性(如：柔性的线材/绳材/带材)。这些软性元件的特点由此使转动元件应变液压时表现出明显的顺应行为。据此，所述转动元件的形状会适应当时的液压以避免压力峰值，达到更加均匀的压力分布。结果，使得作用在液体上的力变小，尤其当在在血液泵的应用中，会减少对血液的破坏。通过适当的设计，转动元件叶片的多个部分也可以进行振颤，从而带来额外的涡流，该涡流与诸如血液的体液相接触，以尽可能减小血凝形成问题。 

在转动元件的收起状态下，尽可能使直立元件贴近转轴，使泵即使在转动元件进行旋转时也几乎不输送液体。当直立元件直立时，即至少部分移开转轴时，肋元件绷紧(拉紧)在这些肋元件之间的膜，从而形成所述泵的转动元件叶片/叶轮的基本表面。 

根据本发明的所述设计，转动元件叶片一方面在收起状态下会变得相当小，从而能够在空间节省形态下应用，另一方面在竖立状态下，它又可以提供足够大且足够稳定的表面，从而在转动元件运行时可以输送液体。所述肋元件可以稳定住所述膜，使得该膜尽管采用非常薄的设计也不会被撕破。所述肋元件可以形成所述膜的外部界线，因此也可以防止膜由于过载或机械损伤等原因从外侧被撕破。 

所述肋元件的部分保持在所述直立元件之间，通过他们的运动能力可以实现转动元件叶片的折叠。 

各个直立元件的一端以枢接形态连接于转轴上。从而使每个直立元件本身具有刚性，并通过轴承或膜连接件连接到转轴或轮毂上。 

同时，直立元件的枢转运动通过对连接件、膜连接件或轴承进行适当设计而受到限制，使得这些直立元件在运行时，一方面由于所输送液体的液体反压而竖立(直立)，而另一方面，他们的竖起运动又由于转动元件叶片达到最大展开状态时而受到限制，使转动元件叶片在运行中比较稳固。 

所述直立元件可以本身具有刚性，或者也可以弯曲到一定的形状极限。 

所述直立元件可以沿转轴的圆周方向相对于转轴枢转，或者也可以在包含所述转轴的纵向轴的平面中相对于所述转轴枢转。 

在任何情况中，可以设计直立元件的接合，使得他们在非工作状态下近乎平行于转轴压靠在该转轴上，并且在运行状态下，至少部分从转轴径向展开。 

较佳地，所述直立元件可以具有一种形状，使得在收起状态下，当转动元件沿运行方向旋转时，由于液体反压，产生作用于这些直立元件上并使这些直立元件组装的力。 

该直立元件的形状例如可以为：斜切状、叶片状或螺旋桨状。 

所述直立元件较佳地沿所述转轴的纵向轴在圆周方向上彼此偏移。通过这种方式，借助属于单个转动元件叶片或单个叶轮的两个或更多直立元件，可以使得保持于所述直立元件之间的膜形成为螺旋状。 

所述膜较佳地可以以固定形态连接至少两个肋元件，这些肋元件例如可以被设计成线材。 

因此，这些肋元件可以较佳地以抗拉形态连接到至少两个直立元件，例如连接到沿转轴的纵向在最外侧被看到的那些直立元件。 

所述肋元件也可以抗拉形态连接到位于他们之间所存在的所有直立元件，但也可以考虑使这些肋元件仅由这些中间直立元件引导，并能够相对于这些中间直立元件略微移动。 

因此，根据肋元件的长度，也可确定单个直立元件在马达运行时的偏转程度，以使竖起的膜成形。因此，通过选择适合的肋元件，尤其是通过选择适合的长度，能够保证直立元件的运动极限。 

所述肋元件最好彼此平行延伸，特别是以螺旋形态围绕转轴延伸。也可以想到将肋元件集中设置在运行时膜的负荷特别高的区域。 

所述肋元件可以采用与所述膜相同的材料制成，例如塑料等，并且可以被设计为绳状的形态。但他们可以由比膜更硬、更不容易伸展的材料制成，例如另一种塑料或金属。最好将所述膜设计为比肋元件更有弹性、更易变形的形态。 

为了产生尽可能大的泵压，最好使膜密封终止于转轴上。通过采用这种方式，防止液体流在转轴区域内通过膜，以避免压力损失或者泵性能的损失。 

除了上述具有适当设计的转动元件的这类流体泵，本发明还涉及一种制造这种泵的转动元件的方法，通过将肋元件浸泡于液体中，在肋元件之间可以形成液体膜，从液体中取出后该液体膜固化。一种制造流体泵的转动元件的方法，该流体泵特别是液泵，具有转动元件，该转动元件具有转轴和至少一个转动元件叶片，用以输送液体，其中，该转动元件的直径可以在第一收起状态和第二展开状态之间改变。所述至少一个转动元件叶片包括至少两个直立元件，沿所述转轴的纵向轴彼此间隔设置，并且在转动元件的展开状态下从所述轴伸出，所述至少一个转动元件叶片还包括(较佳仅不限于至少两个，最好为软性的)肋元件，彼此间隔一定距离，并从一个直立元件至少延伸到另一个直立元件，在肋元件之间保持有软性的膜，在所述转动元件的展开状态下该膜绷紧，其中，通过将肋元件浸泡于液体中，从而在肋元件之间形成所述膜，当从液体取出后，所述膜固化。 

通过这种制造过程可以简便地制造所述膜，并且还可以将膜在同一道工序中坚固地连接到肋元件上。在相同的延伸方向，可以在至少两个维度上固定所述肋元件在所述膜表面上的理想分布。 

当然，所述膜也可以通过将预先制造好的薄膜粘贴到肋元件上或者其他类似的接合技术进行制造。 

附图说明

以下通过实施例和附图详细说明本发明。如图所示： 

图1显示了设置有泵的导管的一种应用的一段； 

图2例示了带有转动元件叶片的泵转动元件； 

图3显示了转动元件叶片及直立元件； 

图4为带有轮毂和两个转动元件叶片的转轴的平面图； 

图5为图4所示转动元件的横向视图； 

图6为使用浸泡法为转动元件叶片制膜的制造过程示意图； 

图7为处于展开形式的泵转动元件的三维视图； 

图8为处于收起形式的带有折叠的直立元件的泵转动元件的三维视图； 

图9显示了单个直立元件； 

图10为处于展开形状的泵转动元件的另一举例； 

图11显示了处于展开形式的泵转动元件，其中仅一半的直立元件竖立； 

图12为带有两个异形直立元件的转动元件的平面视图； 

图13为带有竖立的螺旋桨状的直立元件但不具有膜的转动元件的立体视图； 

图14a和图14b为显示软性肋元的机械属性的示意图。 

具体实施方式

图1显示了导管1被送入到人体血管2中直达心室3，并经锁定器4穿出血管2。带有微型泵5的导管被引导穿过锁定器进入心室3中。为此，当插入，所述泵被设置在收起状态，此时，泵壳6以及转动元件7的直径尺寸变小。这种转动元件及泵壳的设计不会出现过大的恢复力，该恢复力具有抵抗血管壁的力从而展形泵的趋势。 

当泵5刚刚被送入到心室3时，转动元件7可以借助通过导管1引入的轴9旋转，以便输送液体。同时，如图2所示，通过机械激励或其自身旋转的方式，以及在泵开始运行时液体反压的作用，至少一个转动元件叶片被展开竖立。以下详细说明其成形及机制。 

图2以三维方式显示了带有直立元件12、13、14、15和16以及膜10的转轴11，膜10铺设在直立元件12至16之间，从而形成转动元件叶片或叶轮。处于完全竖立或直立状态的所述膜10形成螺旋状结构，从而该泵转动元件沿轴向旋转地输送液体。轴的转动方向由箭头17表示。 

本发明所述直立元件12至16可移动地连接于转轴11上，并在非工作状态下，也就是在收起状态下，这些直立元件可以折叠到转轴上。 

为此，图3显示了直立元件13可被折叠在包含转轴11的纵向轴18的平面内的情况。以虚线方式显示了直立元件13的各种可能位置。该直立元件13可以通过膜连接件或轴承以枢接的方式紧固在轴11上。 

图4在带有轮毂21的轴11的平面图中显示了直立元件19、20的不同类型的设计。 

当转动元件沿箭头22的方向旋转时，直立元件19、20借助液体反压而进一步竖立，直到他们抵接到凸台23、24。在此位置处，液体对转动元件施加有最大的阻力。 

在各种情况中，对应于直立元件19、20，设置至少一个其他的直立元件19a、20a，并且肋元件25、26和27固定在这些直立元件之间。膜10a、10b固定在肋元件25、26和27之间(图5)。 

当所述直立元件19、19a和20、20a沿轴11的圆周方向没有彼此错位时，所示的转动元件可以用于径向泵。 

如果直立元件19、19a沿轴11的圆周方向彼此发生错位，那么，各个膜10a、10b会呈现出螺旋状，此时的泵转动元件也可以用于实现液体的至少部分轴向输送。 

图6显示了转动元件叶片的可能的制造方法，假设有三个直立元件12、13和14，在他们之间固定有采用线材或塑料绳形式的肋元件28、29和30。将这种预先制造好的部分浸入到液体31中，该液体31例如可以由树脂构成，或者包含树脂。 

可以设定液体31的粘度以及肋元件28、29和30之间的距离，以便借助表面张力在肋元件之间形成液体膜，该液体膜稳定一段时间，直到通过固化或冷却方式使液体硬化并固体化。 

所述肋元件的数量可以根据需要是两个或多于三个，而不仅限于三个。 

图7显示了带有轴11的泵转动元件的三维视图，三个直立元件12、13和14以最大的直角从轴11伸出。 

肋元件28、29和30紧固在直立元件12、13和14之间，在肋元件之间形成有膜。通过直立元件12、13和14的旋转，该膜与肋元件相似，也成为螺旋状结构，从而当泵转动元件旋转，该螺旋状结构导致液体的轴向输送。

图7的转动元件在图8中以收起的形式示出，其中，直立元件12、13和14以及与这些直立元件相设置的但在图7中未显示的相应立元件平行于轴11被折叠。在此状态下的的肋元件也平行于转轴11走向，并且此时的膜几乎不对旋转提供任何阻力。 

图9详细显示了两个直立元件12，2a，在安装状态下他们直径彼此相对地位于轴11上，并且可以折叠90°。 

图10显示了八个这种直立元件，其中，每两个沿直径彼此相对地位于轴11上，并且仅仅在四个直立元件之间才紧固有相应的肋元件和膜。该膜以螺旋状形态延伸，并在此区域内连接在轴上。其余的直立元件最好也设置有螺旋状的膜，以提高泵的效率。 

此处，为了便于更好地概述，在图中省略了与第一个转动元件叶偏移的其他转动元件叶片的他直立元件、肋元件及涂膜。 

图11显示了具有单个转动元件叶10的转动元，固定在四个直立元件12上。与相应的直立元件2相对于轴11沿直径相对的直元件12a不带有膜，并且在操作时也保持折叠在轴上，以便使液体中的涡流损耗尽可能小。 

此处，也出于更好概述的目的，仅在一侧显示了肋元件及涂膜。 

通过图解的方式示出被折叠的的肋元件显示了具有被折叠元件的完整转动元件的外形。 

图12显示在操作时沿箭头32所示方向旋转的转轴11的平面图，其中直立元件12和13具有这样的形态，使得在一开始，当泵开始运行时，由液体反压引起的径向朝外的力施加到直立元件上，该力迫使直立元件12和13向离开所述转轴的方向展开。 

当直立元件12和13展开较小程度时，他们之间的膜也开始自身竖立起来以产生液体反压，从而迅速迫使转动元件叶片进一步竖立，直到该竖立运动达到由机械凸台或直立元件的有限形变度所限定的极限。 

最后，图13以立体视图显示了带有直立的螺旋桨状的直立元件40和41但不带膜的转动元件。 

根据本发明的设计以及所示转动元件叶片的制造思路，仅花费较小的努力便可以制造可高效应用的带有肋元件和膜的转动元件叶片，可以以可靠的形态加以利用。由于转动元件叶片除了直立元件以外均由软性材料构成，因此可以利用低反作用力实现转动元件的高收起能力。当泵开始操作时的流动效应被利用。当转动元件被再次收起时，可以通过相反于操作方向的转动而将直立元件再次折叠到转轴11上。 

(图14a和图14b的说明如上所述)。 

Claims (19)

1.一种流体泵，具有转动元件（7)，该转动元件（7)具有转轴（11）和至少一个转动元件叶片，用于输送流体，其中，所述转动元件的直径能够在第一收起状态和第二展开状态之间变化，所述至少一个转动元件叶片包括至少两个直立元件（12、13和14），沿所述转轴（11）的纵向轴（18）彼此间隔设置，并且在所述转动元件的展开状态下从所述转轴伸出，所述至少一个转动元件叶片还包括至少两个软性的肋元件（25、26、27、28、29和30），彼此间隔一定距离，并从一个直立元件（12、13和14）至少延伸到另一个直立元件，并且在所述肋元件之间保持有软性的膜（10），该膜在所述转动元件的展开状态下绷紧。 

2.根据权利要求1所述的流体泵，其特征在于：各个所述直立元件（12、13和14）的第一端固定在所述转轴上，另一端能够相对于所述转轴移动。 

3.根据权利要求2所述的流体泵，其特征在于：各个所述直立元件（12、13和14）的第一端枢接于所述转轴（11)上。 

4.根据权利要求3所述的流体泵，其特征在于：各个所述直立元件（12、13和14）通过轴承或膜连接件连接于所述转轴（11）。 

5.根据权利要求2、3或4所述的流体泵，其特征在于：所述直立元件（12、13和14）沿所述转轴（11）的圆周方向相对于所述转轴（11）枢转。 

6.根据权利要求2、3或4所述的流体泵，其特征在于：所述直立元件（12、13和14）在包含所述转轴的纵向轴（18）的平面中相对于所述转轴（11）枢转。 

7.根据权利要求1～4中任一项所述的流体泵，其特征在于：所述直立元件具有一种形状，使得在所述转动元件沿操作方向旋转时，由于液体反压产生作用于直立元件上并使所述直立元件直立的力。 

8.根据权利要求1～4中任一项所述的流体泵，其特征在于：所述直立元件（12、13和14）沿所述转轴（11)的纵向轴（18）在圆周方向彼此错开。 

9.根据权利要求1～4中任一项所述的流体泵，其特征在于：所述膜（10）坚固地连接于至少两个肋元件（25，26，27，28，29，30)上，所述肋元件尤其为肋线材。 

10.根据权利要求9所述的流体泵，其特征在于：所述肋元件以抗拉形态连接于至少两个直立元件（12、13和14)上。 

11.根据权利要求1～4中任一项所述的流体泵，其特征在于：所述直立元件（12、13和14）以受限的形态枢接转动，直到抵达机械凸台（23和24)。 

12.根据权利要求1～4中任一项所述的流体泵，其特征在于：所述肋元件（25、26、27、28、29和30）基本上彼此平行延伸。 

13.根据权利要求12所述的流体泵，其特征在于：所述肋元件（25、26、27、28、29和30）以基本上螺旋形态围绕所述转轴（11）延伸。 

14.根据权利要求1～4中任一项所述的流体泵，其特征在于：所述膜（10）密封终止于所述转轴（11)上。 

15.根据权利要求9所述的流体泵，其特征在于：所述肋元件以抗拉形态连接于全部直立元件（12、13和14)上。 

16.根据权利要求1-4任一项所述的流体泵，其特征在于：所述流体泵是液体泵。 

17.一种用于制造流体泵的转动元件的方法，具有转动元件（7)，该转动元件（7)具有转轴（11）和至少一个转动元件叶片，用于输送液体，其中，所述转动元件的直径能够在第一收起状态和第二展开状态之间变化，所述至少一个转动元件叶片包括至少两个直立元件（12、13和14），沿所述转轴（11）的纵向轴（18）彼此间隔设置，并且在所述转动元件的展开状态下从所述转轴伸出，所述至少一个转动元件叶片还包括肋元件（25、26、27、28、29和30），彼此间隔一定距离，并从一个直立元件（12、13和14）至少延伸到另一个直立元件，在所述肋元件之间保持有软性的膜（10），在所述转动元件的展开状态下该膜绷紧，其特征在于：通过将所述肋元件（25、26、27、28、29和30）浸泡在液体中，从而在所述肋元件之间形成所述膜（10），当从所述液体中取出后，所述膜固体化。 

18.根据权利要求17所述的用于制造流体泵的转动元件的方法，其特征在于：所述流体泵是液体泵。 

19.一种用于制造权利要求1～16中任一项所述流体泵的转动元件的方法，其特征在于：首先，将所述肋元件校准对齐，然后将膜固定于所述肋元 件上。