DE3026983C2

DE3026983C2 - Piston pump arrangement for an infusion apparatus

Info

Publication number: DE3026983C2
Application number: DE19803026983
Authority: DE
Inventors: Andrew F. Spring Valley Calif. Farr
Original assignee: IMED CORP SAN DIEGO CALIF US; IMED CORP SAN DIEGO CALIF
Current assignee: CareFusion 303 Inc
Priority date: 1979-09-06
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1986-08-28
Also published as: GB2060131B; FR2464721A1; JPS631061B2; DE3026983A1; JPS5640159A; GB2060131A; FR2464721B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpenanordnung für eine Infusionsapparatur, die einen einstellbaren Pumpenantrieb aufweist, mit einer von einer Kolbenpumpe, deren Zylinderinhalt wesentlich kleiner ist als die an den Patienten zu überführende Flüssigkeitsmenge, und von einem Zwei-Wege-Ventil zum Steuern der von der Flüssigkeitsmenge erzeugten Strömung der Infusionsflüssigkeit zwischen einem Vorratsbehälter und dem Patienten gebildeten einstückigen Wegwerfeimheit, wobei im Zylinder der Kolbenpumpe ein Kolbenschaft und ein an diesem vorgesehener Kolben in einer ersten, den Zylinder füllenden Richtung beim Saughub und in einer zweiten entgegengesetzten, den Zylinder entleerenden Richtung beim Druckhub bewegbar ist und wobei an der Wandung des Kolbens zwei beabstandete, sich während der Hin- und Herbewegung des Kolbenschaftes an der Zylinderinnenwand anlegende Ringflächen und zwischen diesen eine Vertiefung vorgesehen sind, in der sich ein erstes Gleitmittel befindet.The invention relates to a piston pump arrangement for an infusion apparatus which has an adjustable Has pump drive, with one of a piston pump, the cylinder capacity of which is much smaller than the amount of fluid to be transferred to the patient, and a two-way valve to control the from the amount of liquid generated flow of the infusion liquid between a reservoir and one-piece disposability created for the patient, wherein in the cylinder of the piston pump a piston shaft and a piston provided on this in a first, the cylinder filling direction on the suction stroke and in a second opposite, the cylinder emptying direction Direction is movable during the pressure stroke and with two spaced apart on the wall of the piston during the to-and-fro movement of the piston skirt, annular surfaces bear against the inner wall of the cylinder and a recess is provided between them, in which a first lubricant is located.

Bei medizinischen Behandlungen ist es häufig von Wichtigkeit, einem Patienten eine Flüssigkeitsmenge intravenös in genau bemessenen Mengen mit vorgewähltem Durchsatz über längere Zeiträume zu verabfolgen. Ist die Verabfolgung zu langsam, wird die Genesung des Patienten behindert, geschieht sie zu schnell, so können die in der Flüssigkeit enthaltenen Chemikalien zu Vergiftungserscheinungen führen. Bei einer bekannten derartigen Kolbenpumpenanordnung (US-PS 39 85 133) wird das Gleitmittel in der Vertiefung zwischen den beiden beabstandeten Ringflächen des Kolbens, die sich während der Hin- und Herbewegung des Kolbenschaftes an die Zylinderinnenwand anlegen, nach einer längeren Betriebszeit aufgebraucht, was ein Trockenlaufen der Ringflächen und des Kolbens mit sich bringt Es istIn medical treatments, it is often important to give a patient an intravenous amount of fluid to be administered in precisely measured quantities with a preselected throughput over longer periods of time. If the administration is too slow, the patient's recovery is hindered; if it is administered too quickly, you can the chemicals in the liquid cause symptoms of poisoning to lead. In a known such piston pump arrangement (US-PS 39 85 133) the lubricant is in the recess between the two spaced-apart annular surfaces of the piston, which are located during the to-and-fro movement of the piston skirt, place it on the inner wall of the cylinder, after a longer one Operating time used up, which brings dry running of the ring surfaces and the piston with it

ίο somit die Gefahr eines völligen Blockierens der Kolbenpumpe im Langzeitbetrieb gegeben, was aber für eine Infusionsapparatur unakzeptabel istίο thus the risk of the piston pump blocking completely given in long-term operation, but this is unacceptable for an infusion device

Bei selbstschmierenden Gaskompressoren ist es bekannt (CH-PS 3 81 796), einen Schmiermittel durchtränkten abdichtenden Sintermetallkolbenring zur Schmierung des Kolbens zu benutzen. Bekannt ist weiterhin bei Kolben für kleine, raschlaufende, kreuzkopflose Kompressoren (DE-FS 5 02 190), neben den üblichen lediglich der Dichtung dienenden metallischen Kolbenringen aus Faserstoff hergestellte Tragringe vorzusehen, die Gleitbahndrücke aufnehmen und in unmittelbarer Nähe der Kolbenenden angeordnet sind.In the case of self-lubricating gas compressors, it is known (CH-PS 3 81 796) to impregnate a lubricant to use sealing sintered metal piston ring to lubricate the piston. Is still known in the case of pistons for small, high-speed, crossheadless compressors (DE-FS 5 02 190), in addition to the usual ones Support rings made of fiber material only for sealing metallic piston rings to be provided that absorb slide path pressures and are arranged in the immediate vicinity of the piston ends.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine KoI-benpumpenanordnung für eine Infusionsapparatur gemaß der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß im Langzeitbetrieb mit Sicherheit stets eine ausreichendes Schmierung gegeben ist.The invention is based on the object of a piston pump arrangement for an infusion apparatus according to the type mentioned so that there is always sufficient lubrication for long-term operation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, d?ß der Kolben aus Butylgummi besteht und zwischen der einen Ringfiäche, die von der im Zylinder befindlichen Infusionsflüssigkeit entfernt liegt, und einem Kragen ein Ringelement aus porösem Polyurethan trägt, das größere Außenabmessungen als die Ringflächen am Kolben aufweist, in seinen Poren ein zweites Gleitmittel enthält und während der Hin- und Herbewegung des Kolbens nachgibt.This object is achieved according to the invention in that the piston consists of butyl rubber and between the one annular surface, which is remote from the infusion fluid located in the cylinder, and a collar a ring element made of porous polyurethane carries the larger outer dimensions than the ring surfaces on Has piston, in its pores contains a second lubricant and during the reciprocating movement of the Piston gives way.

Vorzugsweise ist das erste Gleitmittel ein Silikonöl und entspricht dem zweiten Gleitmittel in den Poren des Ringelementes.The first lubricant is preferably a silicone oil and corresponds to the second lubricant in the pores of the Ring element.

Die Ringfläche des Kolbens, die zu der im Zylinder befindlichen Infusionsflüssigkeit benachbart liegt, neigt auf Grund ihres Reibkontaktes an der Zylinderinnenwand beim Druckhub des Kolbens zu einem Nachschleifen. Entsprechend wird in der Vertiefung zwischen den Ringflächen ein Vakuum gebildet, das ein Strömen des zweiten Gleitmittels aus dem Ringelement in die Vertiefung erzeugt. Da die Außenabmessungen des Ringelementes größer als die der Ringflächen am Kolben sind und dieser aus Butylgummi besteht, wird das Strömen des zweiten Gleitmittels aus dem Ringelement in die Vertiefung beim Druckhub des Kolbens insgesamt durch die elasijsche Gestaltung des Kolbens unterstützt. Es ist daher mit Sicherheit stets eine ausreichende Schmierung gegeben. Die nutzbare Lebensdauer der erfindungsgemäßen Kolbenpumpenanordnung kann somit erheblich gesteigert werden.The annular surface of the piston, which is adjacent to the infusion fluid in the cylinder, inclines due to their frictional contact with the inner wall of the cylinder during the pressure stroke of the piston to regrinding. Correspondingly, a vacuum is formed in the recess between the annular surfaces, which creates a flow of the second lubricant generated from the ring element into the recess. Since the external dimensions of the Ring element are larger than the ring surfaces on the piston and this is made of butyl rubber, this is The second lubricant flows out of the ring element into the recess during the pressure stroke of the piston as a whole supported by the elastic design of the piston. Sufficient lubrication is therefore always guaranteed. The useful life of the The piston pump arrangement according to the invention can thus be increased considerably.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenpumpenanordnung wird nun an Hand der Zeichnungen beschrieben. In diesen sind:An embodiment of the piston pump arrangement according to the invention will now be made with reference to the drawings described. In these are:

F i g. 1 eine perspektivische, auseinander gezogene Darstellung der Kolbenpumpenanordnung und des Pumpenantriebs einer Infusionsapparatur.F i g. 1 is a perspective, exploded view of the piston pump assembly and the Pump drive of an infusion apparatus.

Fig.2 ein vergrößerter Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Wegwerfeinheit der Kolbenpumpenanordnungund FIG. 2 an enlarged section through the one in FIG shown disposable unit of the piston pump assembly and

F i g. 3 ein vergrößerter Schnitt durch den Kolben der Kolbenpumpe der Wegwerfeinheit.
Eine Wegwerfeinheit 10 kann, wie F i g. 1 zeigt, in dieF i g. 3 is an enlarged section through the piston of the piston pump of the disposable unit.
A disposable unit 10, as shown in FIG. 1 shows in the

Kolbenpumpenanordnung für eine volumetrische Pumpe 12 mit einem einstellbaren Pumpenantrieb aufweist, eingesetzt werden, um einen Flüssigkeitsmenge von einem Vorratsbehälter 22 zu einem Patienten zu überführen. Nach der Verabreichung der Infusionsflüssigkeit an den Patienten kann die Wegwerfeinheit 10 dann entfernt und durch eine andere ersetzt weiden, so daß ein Sterilisieren der benutzten Wegwerfeinheit sich erübrigt Die Wegwerfeinheit 10 ist betrieblich bezüglich der Pumpe 12 so angeordnet, daß die Infusionsflüssigkeit nur durcfi die Wegwerfeinheit 10, nicht aber durch die Pumpe 12 strömtHaving a piston pump arrangement for a volumetric pump 12 with an adjustable pump drive, can be used to transfer an amount of liquid from a reservoir 22 to a patient. After the infusion fluid has been administered to the patient, the disposable unit 10 can then be removed and replaced by another, so that the used disposable unit does not need to be sterilized The disposable unit 10 is operatively arranged with respect to the pump 12 so that the infusion fluid only flows through the disposable unit 10, but not through the pump 12

Auf diese Weise kann die Wegwerfeinheit 10 ausgewechselt werden, ohne daß die Pumpe sterilisiert werden muß.In this way, the disposable unit 10 can be exchanged without sterilizing the pump got to.

Die Wegwerfeinheit 10 ist einstückig und von einer Kolbenpumpe und einem Zwei-Wegeventil 26 gebildet. Die Kolbenpumpe weist einen Zylinder 14 aus einem geeigneten Werkstoff wie Glas oder einem Kunststoff auf, der vorzugsweise durchscheinend ist. Der Zylinder 14 hat eine entlang seiner Axialausdehnung im wesentlich konstante Querschnittsfläche. Eine Leitung 16 verbindet das eine Ende des Zylinders 14 der Kolbenpumpe mit dem Zwei-Wege-Ventil 26 und verzweigt sich in diesem zu zwei Leitungen 18, 20. Die Leitung 18 führt zum Vorratsbehälter 22, die Leitung 20 zum Patienten 24. Das Zwei-Wege-Ventil 26 ist als Drehventil derart ausgelegt, daß in seiner ersten Stellung die Infusionsflüssigkeit vom Vorratsbehälter 22 in den Zylinder 14 der Kolbenpumpe strömen kann, während in seiner zweiten Stellung die Infusionsflüssigkeit aus dem zylinder 14 zum Patienten überführt wird. Das Zwei-Wege-Ventil wird von der Pumpe 12 betätigt.The disposable unit 10 is in one piece and is formed by a piston pump and a two-way valve 26. The piston pump has a cylinder 14 made of a suitable material such as glass or a plastic which is preferably translucent. The cylinder 14 has a substantially axial extent constant cross-sectional area. A line 16 connects one end of the cylinder 14 of the piston pump with the two-way valve 26 and branches in this to two lines 18, 20. The line 18 leads to the storage container 22, the line 20 to the patient 24. The two-way valve 26 is such as a rotary valve designed that in its first position the infusion liquid from the reservoir 22 into the cylinder 14 the piston pump can flow while in its second position the infusion liquid from the cylinder 14 is transferred to the patient. The two-way valve is actuated by the pump 12.

Ein Kolbenschaft 30 ist in dem Zylinder 14 axial bewegbar angeordnet Der Kolbenschaft 30 ist mit einem Klinkenelement 32 versehen, das in ein entsprechendes Klinkenelement des Pumpenantriebes eingreift, um den Kolbenschaft 30 mittels des Pumpenantriebes hin- und herzubewegen. Ein Kolben 34 befindet sich an dem der Leitung 16 zugewandten Ende des Kolbenschaftes 30, besteht aus Butylgummi und ist somit geeignet elastisch. An der Wandung des Kolbens 34 sind zwei beabstandete, sich während der Hin- und Herbewegung des Kolbenschaftes 30 an der Zylinderinnenwand anlegende Ringflächen 36,38 und zwischen diesen eine Vertiefung 40 vorgesehen, in der sich ein geeignetes erstes Gleitmittel 42 wie beispielsweise ein Silikonöl befindet. Das Silikonöl kann in der Vertiefung 40 ein Volumen von etwa 25 bis 150 Mikrolitern haben.A piston shaft 30 is arranged in the cylinder 14 so as to be axially movable. The piston shaft 30 is provided with a Provided pawl element 32 which engages in a corresponding pawl element of the pump drive to the To move the piston shaft 30 back and forth by means of the pump drive. A piston 34 is located on the Line 16 facing the end of the piston shaft 30, consists of butyl rubber and is therefore suitably elastic. On the wall of the piston 34 are two spaced apart during the reciprocating movement of the piston shaft 30 annular surfaces 36, 38 resting on the inner wall of the cylinder and a recess between them 40 is provided, in which a suitable first lubricant 42 such as a silicone oil is located. That Silicone oil in recess 40 can have a volume of about 25 to 150 microliters.

Ein Ringelement 46 aus porösem Polyurethan ist vom Kolben 34 aus Butylgummi zwischen der einen Ringfläche 38, die von der im Zylinder 14 befindlichen Infusionsflüssigkeit entfernt liegt, und einem Kragen 48 des Kolbenschaftes 30 getragen. Das poröse Ringelement 42 enthält in seinen Poren ein zweites Gleitmittel 50, das vorzugsweise dem ersten Gleitmittel 42 in der Vertiefung 40 entspricht. Das Ringelement 46 hat größere Außenabmessungen als die Ringflächen 36, 38 am Kolben 34, so daß das Ringelement 46 bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens 34 auf der Zylinderinnenwand wischt. Das Ringelement 46 dient als Vorratsbehälter für das zweite Gleitmittel 50 und gibt während der Hin-und Herbewegung des Kolbens 34 nach.A ring member 46 made of porous polyurethane is of the piston 34 made of butyl rubber between the one ring surface 38, which is located away from the infusion liquid located in the cylinder 14, and a collar 48 of the Piston skirt 30 worn. The porous ring element 42 contains a second lubricant 50 in its pores, the preferably corresponds to the first lubricant 42 in the recess 40. The ring element 46 has larger ones Outer dimensions than the annular surfaces 36, 38 on the piston 34, so that the ring element 46 when to and fro Movement of the piston 34 wipes the inner wall of the cylinder. The ring element 46 serves as a storage container for the second lubricant 50 and yields during the reciprocating movement of the piston 34.

Die Pumpe 12 weist einen nicht dargestellten Schrittschaltmotor auf, der den Kolben 34 schrittweise über gleichlange Hübe bewegt. Wenn der Kolben 34 in den aufeinanderfolgenden Schritten von der Leitung 16 weggezogen wird, entsteht in dem Zylinder 14 ein Unterdruck, so daß die Int'usionsflüssigkeit bei diesem Saughub von dem Vorratsbehälter 22 in den Zylinder 14 strömt Wenn der Kolben 34 schrittweise in der entgegengesetzten Richtung bewegt wird, so wird bei diesem Druckhub der Zylinder 14 entleert und die Infusionsflüssigkeit dem Patienten zugeführtThe pump 12 has a stepping motor, not shown, which moves the piston 34 step by step strokes of the same length. When the piston 34 is removed from the line 16 is pulled away, a negative pressure is created in the cylinder 14, so that the infusion fluid in this Suction stroke from the reservoir 22 flows into the cylinder 14 when the piston 34 gradually flows in the opposite Direction is moved, the cylinder 14 is emptied and the infusion liquid during this pressure stroke supplied to the patient

Während der schrittweisen Bewegung des Kolbens 34 beim Druckhub wird die Ringfläche 36 vom ersten Gleitmittel 42 in der Vertiefung 40 und auch von der Infusionsflüssigkeit in dem Zylinder 14 geschmiert Die Ringfläche 36 wischt aber die Zylinderinnenwand frei, so daß während der Bewegung des Kolbens 34 beim Druckhub die Schmierung entfällt Während dieser Bewegung des Kolbens 34 wird die Ringfläche 38 auch vom ersten Gleitmittel 42 in der Vertiefung 40 geschmiert During the step-by-step movement of the piston 34 during the pressure stroke, the annular surface 36 is from the first Lubricant 42 in the recess 40 and also lubricated by the infusion fluid in the cylinder 14 However, annular surface 36 wipes the inner wall of the cylinder free, so that during the movement of the piston 34 at Pressure stroke no lubrication. During this movement of the piston 34, the annular surface 38 is also lubricated by the first lubricant 42 in the recess 40

Beim Saughub des Kolbens 34 werden die Ringfläche 36, 38 vom ersten Gleitmittel 42 in der Vertiefung 40 geschmiert. Auch wenn die Menge des ersten Gleitmittels 42 in der Vertiefung 40 beschränkt ist, reicht sie doch in den meisten Fällen aus, um die Ringflächen 36, 38 während des normalen Einsatzes der Kolbenpumpenanordnung zu schmieren. Problematisch wird es hingegen im Langzeitbetrieb der Kolbenpumpenanordnung, in dem das erste Gleitmittel 42 in der Vertiefung 40 für eine andauernde Schmierwirkung nicht ausreichen kann. So wird beim Druckhub des Kolbens 34 die Ringfläche 36 zwar von der Infusionsflüssigkeit im Zylinder 14 geschmiert, aber die Ringfläche 36 wischt die Zylinderinnenwand ab, was durch die nachfolgende Ringfläche 38 noch verstärkt wird. Es bilden sich ein Trockenbereich, was zur Folge hat, daß die Ringfläche 38 beim Saughub des Kolbens 34 nicht geschmiert wird. Die Ringfläche 38 haftet dann an der Zylinderinnenwand. Dieses Haften verstärkt sich, wenn die Ringfläche 38 gegen die Zylinderinnenwand infolge der Wärme schwillt, die durch den verstärkten Reibkontakt der Ringfläche 38 und der Zylinderinnenwand entsteht. Die Kolbenpumpe blockiert dann.During the suction stroke of the piston 34, the annular surfaces 36, 38 are moved by the first lubricant 42 in the recess 40 lubricated. Even if the amount of the first lubricant 42 in the recess 40 is limited, it will suffice however, in most cases from around the annular surfaces 36, 38 during normal use of the piston pump assembly to lubricate. On the other hand, it becomes problematic in long-term operation of the piston pump arrangement, in which the first lubricant 42 in the recess 40 is insufficient for a permanent lubricating effect can. Thus, during the pressure stroke of the piston 34, the annular surface 36 is admittedly affected by the infusion fluid in the cylinder 14 lubricated, but the annular surface 36 wipes the inner wall of the cylinder, which is caused by the following Annular surface 38 is reinforced. A dry area is formed, which has the consequence that the annular surface 38 is not lubricated during the suction stroke of the piston 34. The annular surface 38 then adheres to the inner wall of the cylinder. This adhesion increases when the annular surface 38 against the cylinder inner wall as a result of the heat swells, which is caused by the increased frictional contact between the annular surface 38 and the inner wall of the cylinder. the The piston pump then blocks.

Das Ringelement 46 verlängert die nutzbare Einsatzdauer der Kolbenpumpe erheblich. Beim Saughub des Kolbens 34 wird das Ringelement 46 den Ringflächen 36,38 vorausgeführt und wischt dabei entlang der Zylinderinnenwand, so daß diese schon geschmiert wird, bevor die Ringflächen 36, 38 an ihr entlang laufen. Die Ringfläche 38 kann daher nicht mehr an der Zylinderinnenwand haften bleiben. Da das Ringelement 46 nachgiebig und mit Übermaß ausgeführt ist, wird seine Schmierwirkung verstärkt. Auf diese Weise läßt sich die nutzbare Lebensdauer der Kolbenpumpenanordnung erheblich verlängern. Da das Ringelement 46 einen Vorratsbehälter für das zweite Gleitmittel so darstellt, kann die Menge des ersten Gleitmittels 42 in der Vertiefung 40 zugleich gehalten werden.The ring element 46 extends the useful life of the piston pump considerably. During the suction stroke of the Piston 34, the ring element 46 is guided in front of the ring surfaces 36, 38 and wipes along the inner wall of the cylinder, so that this is already lubricated before the annular surfaces 36, 38 run along it. the Annular surface 38 can therefore no longer adhere to the inner wall of the cylinder. Since the ring element 46 is resilient and is oversized, its lubricating effect is enhanced. In this way, the Extend the useful life of the piston pump assembly considerably. Since the ring element 46 is a storage container for the second lubricant, the amount of the first lubricant 42 in the recess 40 are held at the same time.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Piston pump arrangement for an infusion apparatus, which has an adjustable pump drive, with one of a piston pump, the cylinder capacity of which is much smaller than that of the patient amount of liquid to be transferred, and a two-way valve to control the amount of liquid from the Amount of liquid generated flow of the infusion liquid between a reservoir and One-piece disposable unit formed for the patient, with a piston shaft in the cylinder of the piston pump and a piston provided thereon in a first direction filling the cylinder at Suction stroke and in a second, opposite, cylinder emptying direction during the pressure stroke is movable and wherein on the wall of the «piston two spaced apart, during the back and forth Movement of the piston skirt against the inner wall of the cylinder and between these are provided with a recess in which there is a first lubricant, characterized in that that the piston (34) consists of butyl rubber and between the one annular surface (38), which is located away from the infusion liquid located in the cylinder, and a collar (48) Ring element (46) made of porous polyurethane carries larger external dimensions than the ring surfaces (36,38) on the piston (34), contains a second lubricant (50) in its pores and during the Reciprocating movement of the piston (34) yields.

2. Piston pump arrangement according to claim 1, characterized in that the first sliding means (42) is a silicone oil.

3. Piston pump according to claim 1, characterized in that the first lubricant (42) in the The recess (40) corresponds to the second lubricant (50) in the pores of the ring element (46).