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KR20140114264A - 펌프 모듈, 펌프 베이스 모듈 및 펌프 시스템 - Google Patents

펌프 모듈, 펌프 베이스 모듈 및 펌프 시스템 Download PDF

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KR20140114264A
KR20140114264A KR1020137012146A KR20137012146A KR20140114264A KR 20140114264 A KR20140114264 A KR 20140114264A KR 1020137012146 A KR1020137012146 A KR 1020137012146A KR 20137012146 A KR20137012146 A KR 20137012146A KR 20140114264 A KR20140114264 A KR 20140114264A
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South Korea
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wobble
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pump channel
membrane
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KR1020137012146A
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Inventor
미카엘 벡커
Original Assignee
프레제니우스 카비 도이치란트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 워블 펌프 베이스 모듈과 워블 펌프 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 워블 펌프 구동 시스템(43), 워블 디바이스(41), 펌프 모듈(1)을 위한 용기(42), 및 사전인장 디바이스(56)를 포함하며, 사전인장 디바이스(56)는 워블 디바이스(41)에 대해 용기(42)에 수용된 펌프 모듈(1)을 유연하게 사전인장시킨다.

Description

펌프 모듈, 펌프 베이스 모듈 및 펌프 시스템{PUMP MODULE, BASE PUMP MODULE AND A PUMP SYSTEM}
본 발명은 펌프 베이스 모듈, 및 펌프 모듈과 펌프 베이스 모듈을 포함하는 펌프 시스템에 관한 것이고, 특히 본 발명은 워블 펌프 베이스 모듈(wobble pump base module) 및 워블 펌프 시스템에 관한 것이다.
US 5 466 133은 워블 펌프를 개시한다. 워블 펌프는 펌프 구동 시스템과 워블 플레이트(wobble plate)를 포함한다. 또한, 워블 펌프는 멤브레인과 하부 하우징부를 포함하고, 이것들은 함께 펌프 채널을 형성한다. 펌프 채널은 상기 하우징부에 있는 원형 오목부에 의해 형성되며, 원은 폐쇄되지 않는다. 원형 오목부의 단부에, 펌프 채널 입구가 위치되고, 다른 단부에 펌프 채널 출구가 있다. 하부 하우징부는 스크류 조인트(screw joint)를 통해 중앙 하우징부에 견고하게 연결된다. 워블 디바이스는 중앙 하우징부에 위치된다. 멤브레인은 하부 하우징부와 중앙 하우징부 사이에서 클램핑(clamp)된다. 또한, 멤브레인은 워블 디바이스에 견고하게 연결된다. 워블 펌프 구동 시스템의 수단에 의해, 워블 디바이스는 요동(swing)하도록 유발될 수 있고, 진동(oscillation)은 멤브레인과 견고한 연결때문에 멤브레인으로 전달된다. 멤브레인의 진동은 연동 운동(peristaltic motion)에 해당한다. 펌프 채널은 펌프 입구와 펌프 출구 사이의 섹션에서 멤브레인의 변형을 통해 폐쇄되고, 폐쇄된 섹션은 펌프 입구로부터 펌프 출구로 진동과 함께 진행한다. 이러한 방식으로, 펌프 채널을 통해 유체를 운반하는 것이 가능하다. 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구 뒤에 있는 배압 밸브는 불필요한 역류를 방지한다.
DE 32 27 051 A1은 의료 적용을 위한 가요성 튜브 펌프를 개시한다. 가요성 튜브 펌프는 워블 펌프로서 설계된다. 가요성 튜브 펌프는 펌프 구동 시스템과, 펌프 구동 시스템의 수단에 의해 요동하도록 유발될 수 있는 워블 플레이트를 포함한다. 가요성 튜브 펌프는 튜브가 삽입될 수 있는 힌지식 커버를 가진다. 요동하는 워블 플레이트의 수단에 의해, 삽입된 튜브는, 유체가 튜브를 통해 운반될 수 있도록 진동과 함께 움직이는 원형 펌프 섹션에 있는 부위에서 압축된다. 마킹 지점(contusion point)은 충분히 길므로, 튜브가 적어도 하나의 부위에서 항상 폐쇄되도록 튜브의 튜브의 입구 섹션 및 출구 섹션이 진동의 위상에서 동시에 압축될 수 있다. 이러한 방식으로, 불필요한 유체의 유동이 방지된다.
본 발명의 과제는 펌프 모듈, 펌프 베이스 모듈 및 펌프 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 워블 펌프 베이스 모듈은 워블 펌프 구동 시스템, 진동 디바이스, 진동 디바이스, 펌프 모듈을 위한 용기, 및 사전인장(pretensioning) 디바이스를 포함하며, 사전인장 디바이스는 워블 디바이스에 대해 용기에 수용되는 펌프 모듈을 탄력적으로 사전인장시킨다.
펌프 모듈이 워블 디바이스를 탄력적으로 사전인장시킨다는 사실 때문에, 펌프 모듈과 용기에 수용된 워블 디바이스는 서로에 대하여 한정된 위치를 취하는 것이 보장될 수 있다. 이러한 것은 펌프 모듈이 일회용 물품("일회용")으로 설계되는 경우에 특히 유익하며, 이는 단일 사용 후에 제거되고 새로운 펌프 모듈로 교체되는 것을 의미한다. 워블 디바이스와 펌프 모듈의 한정된 위치는 펌프 모듈이 교환될 때 펌프 특성들이 불필요한 정도로 변하는 것을 방지한다. 펌프 모듈이 워블 펌프 또는 워블 펌프 베이스 모듈(다음의 설명 참조)에 삽입되거나 또는 삽입될 수 있기 때문에, 펌프 모듈은 또한 펌프 모듈 카세트로서 기술될 수 있다.
본 발명의 워블 펌프 시스템은 본 발명의 워블 펌프 베이스 모듈과 펌프 모듈을 포함하며, 펌프 모듈은 베이스와, 유연하게 변형 가능한 멤브레인을 포함하며, 베이스와 멤브레인은, 멤브레인의 워블 변형을 통하여, 유체가 펌프 채널을 통해 펌핑될 수 있는 방식으로 적어도 단면이 곡선인 선 형상 채널을 형성하며, 펌프 모듈은, 펌프 모듈과 워블 디바이스가 사전인장 수단에 의해 서로 탄력적으로 가압되는 방식으로 워블 펌프 베이스 모듈의 용기에 수용된다.
추가적인 본 발명의 펌프 모듈은 베이스와 유연하게 변형 가능한 멤브레인을 포함하며, 베이스와 멤브레인은 적어도 단면이 곡선인 선 형상 펌프 채널을 형성하며, 베이스는 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구를 포함하고, 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구는 펌프 채널 내로 유체를 공급하고 펌프 채널로부터 유체를 방출하기 위하여 펌프 채널과 연결되어서, 멤브레인의 워블 변형을 통해, 유체는 펌프 채널 입구로부터 펌프 출구로 펌프 채널을 통해 펌핑될 수 있다.
본 발명의 펌프 모듈은 저렴하고 견고한 방식으로 제조될 수 있다. 멤브레인과 베이스로 펌프 채널을 설계함으로써, 한정되고 재생 가능한 측정치들을 가진 펌프 채널을 제조하는 것이 가능하고, 다수의 펌프 모듈이 생산 속도에서 높은 정확성을 달성하는 것을 가능하게 한다. 펌프 모듈이 저렴하고 재생 가능한 방식으로 제조될 수 있다는 사실 때문에, 본 발명의 펌프 모듈은 단지 단일 사용을 위해 의도되는 일회용 물품("일회용")으로서 부른다.
특히, 펌프 모듈은 워블 펌프의 부품으로서 사용될 수 있다. 기본적으로, 본 발명의 펌프 모듈은 다른 펌프 형태를 위해 또한 사용될 수 있다.
추가적인 본 발명의 워블 펌프 베이스 모듈은 진동 디바이스를 가지는 워블 펌프 구동 시스템과 용기를 포함하며, 용기는 펌프 모듈이 용기에 수동으로 적용되거나 또는 삽입되고 펌프 모듈이 용기로부터 수동으로 제거될 수 있는 방식으로 설계된다.
본 발명의 워블 펌프 베이스 모듈은 추가의 공구를 사용함이 없이 펌프 모듈의 수동 삽입을 가능하게 하고, 그러므로 기능 워블 펌프를 제조한다. 워블 펌프 베이스 모듈로부터 펌프 모듈을 제거하는 것은 아주 간단하다. 이러한 사실 때문에, 워블 펌프 베이스 모듈은 일회용 물품("일회용")으로서 설계되고 각 사용 후에 교체되는 펌프 모듈의 사용에 특히 잘 적합하다.
유익한 전개에 따라서, 워블 펌프 베이스 모듈의 워블 디바이스는 그 회전축을 따라서 축방향 가동 방식으로 장착된다. 워블 디바이스의 축방향 베어링(axial bearing)은 펌프 모듈의 멤브레인 상에 한정된 접촉 압력을 발휘하도록 워블 디바이스가 펌프 베이스 모듈에 관계하여 움직이는 것을 가능하게 한다.
추가의 유익한 전개에 따라서, 워블 디바이스는 펌프 채널 내부의 압력이 펌프 베이스 모듈의 멤브레인을 통해 측정되도록 허용하는 압력 측정 디바이스를 포함한다. 펌프 채널에서의 압력을 측정하는 것에 의하여, 워블 디바이스의 운동 상태에 의존하여, 펌프 채널 입구 및 펌프 채널 출구가 폐쇄될 때와 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구가 개방될 때의 압력을 측정하는 것이 가능하다.
추가적인 본 발명의 워블 펌프 시스템은 본 발명의 펌프 모듈 및 본 발명의 워블 펌프 베이스 모듈을 포함하며, 펌프 모듈은 워블 펌프 베이스 모듈의 용기에 수용된다.
워블 펌프를 위한 추가적인 본 발명의 펌프 모듈은 적어도 단면이 곡선인 선 형상 펌프 채널, 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구를 포함하며, 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구는 펌프 채널 내로 유체를 공급하고 펌프 채널로부터 유체를 방출하기 위하여 펌프 채널과 연결되어서, 펌프 채널의 주기적으로 회전하는 변형을 통하여, 유체는 펌프 채널 입구로부터 펌프 채널 출구로 펌프 채널을 통해 펌핑될 수 있으며, 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구 사이의 섹션에서 펌프 채널은 진원(genuine circular) 디자인과 다른 방식으로 설계된다.
본 발명과 관련하여,"원형 디자인"은 개방 또는 폐쇄될 수 있는 원호(폐쇄될 때 원을 형성한다)를 지칭한다. 그러나, 다른 펌프 채널은 상호 중심에 대해 다른 반경으로 설계되는 원형 섹션들을 가진다. 본 발명과 관련하여, 상기 펌프 채널은 또한 원호와 다른 디자인을 가지는 것으로서 고려된다.
예를 들어, 펌프 채널이 진원 디자인과 다른 디자인을 가질 때, 워블 디바이스의 진동 내에서 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구를 동시에 단단히 폐쇄하는 것이 가능하다. 그 결과, 펌프 채널이 펌프 출구와 펌프 입구 사이에서 개방되어 불필요한 유체의 방출이 발생하는 상황이 방지될 수 있다. 축방향 가동 디자인을 가지는 워블 디바이스 및/또는 적어도 부분적으로 리바운딩 디자인(rebounding design)을 가지는 워블 디바이스의 경우에, 대안적으로 또는 추가적으로 그 주기적으로 회전하는 진동 동안, 워블 디바이스 또는 워블 디바이스의 부분들의 축방향 이동의 진폭을 최적화하는 것이 가능하다. 이러한 것은 워블 디바이스가 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구 사이의 펌프 채널이 없는 섹션을 연결해야(bridge) 하는 천이 위상(transition phase) 동안 특히 가능하다.
또한, 대안적으로 또는 추가적으로, 중첩하는 펌프 채널 섹션들의 형성의 수단에 의해, 압축, 그러므로 펌프 채널을 통해 운반되는 유체의 압력의 증가를 달성하는 것이 가능하다. 대안적으로 또는 추가적으로, 펌프 채널의 디자인이 진원 디자인과 다를 때, 예를 들어, 펌프 채널이 적어도 제 1 및 제 2 영역으로 분할될 때, 측정 목적을 위하여 또는 압력 보상의 목적을 위하여 일정 섹션의 펌프 채널을 제공하는 것이 가능하다.
추가적인 본 발명의 워블 펌프 베이스 모듈은 워블 디바이스를 구비한 워블 펌프 구동 시스템을 포함하며, 워블 디바이스는, 적어도 단면이 곡선이고 튜브 또는 멤브레인을 워블 방식으로 변형하기 위해 요동할 수 있는 선 형상 바(line-shaped bar)를 포함하며, 바의 디자인은 진원 디자인과 다르다.
워블 디바이스의 바가 진원 디자인과 다른 디자인을 가지기 때문에, 워블 디바이스의 진동 내에서 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구를 동시에 단단히 폐쇄하는 것이 가능하다. 그 결과, 펌프 채널이 단지 펌프 출구와 펌프 입구 사이의 모멘트를 위해 개방되고 유체의 불필요한 방출이 발생하는 상황이 방지될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 바가 원형 디자인과 다른 디자인을 가질 때, 펌프 채널의 각각 설계된 섹션과 관련하여, 진동과 관련하여, 펌프 채널의 영역 내에서 압력 증가를 발생시키는 것이 가능하다.
대안적으로, 바를 구비한 워블 디바이스를 설계하는 대신에, 멤브레인이 각각의 벌지(bulge)와 함께 설계될 수 있다. 돌기로서 또한 인용될 수 있는 벌지를 포함하는 실시예는 이러한 방식에서 고르게 분포된 가압력(press force)이 멤브레인 상에서 발휘될 수 있기 때문에 유익한 것으로 판명되었다. 또한, 워블 펌프는 펌프 채널 입구 및/또는 출구에서의 압력 변동에 매우 민감하다. 더욱이, 이는 멤브레인을 향한 워블 디바이스의 측면 허용값(tolerances)에 대해서 중요하지 않으며, 이는 "일회용" 특징에 특히 중요하다. 이러한 경우에, 워블 디바이스는 멤브레인의 벌지와 상호 작용하는 평면의 표면을 가질 수 있다. 워블 디바이스의 순환 동안, 영구적 또는 대체로 영구적인 접촉이 멤브레인과 워블 디바이스 사이에 존재하는 것이 바람직하다. 특히, 멤브레인은 영구적으로 또는 대체로 영구적으로 사전인장된다. 그 결과, 펌프 성능은 예를 들어 백(bag)의 레벨에 의해 영향을 받는 초기 압력의 변화에 둔감하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 워블 디바이스와 멤브레인은 예를 들어 서로 나사 결합되는 것에 의해 연결되지 않는다. 이것들은 서로 인접하다.
추가적인 본 발명의 워블 펌프 시스템은 본 발명의 펌프 모듈과, 본 발명의 워블 펌프 베이스 모듈을 포함하며, 워블 펌프 베이스 모듈의 워블 디바이스의 바는 적어도 섹션에서 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구 사이의 펌프 채널의 섹션에 부합되게 설계된다.
워블 디바이스의 바와 펌프 채널은 적어도 섹션에서 진원 디자인과 다른 형태에 일치한다. 바는 한쪽 또는 양쪽 방향으로 연속될 수 있어서, 펌프 채널과 대응하는 바의 부분은 오직 바의 섹션을 형성한다.
의료 펌프를 위한, 특히 워블 펌프를 위한 추가적인 본 발명의 펌프 모듈은 펌프 채널과, 펌프 채널과 연결된 밸브 유닛(또는 챔버)을 포함하고, 유체는 펌프 채널과 밸브 유닛을 통해 펌핑될 수 있고, 밸브 유닛의 제 1 벽 섹션은 유연하고, 펌프 모듈은 밸브 유닛에 배열된 가요성 밸브 몸체를 가지며, 밸브 몸체는 유체가 통과하는 것을 방지하도록 밸브 몸체가 밸브 유닛을 폐쇄하는 아이들 위치(idle position)를 점유할 수 있으며, 밸브 몸체는, 밸브 몸체가 유체가 밸브 유닛을 통해 유동하도록 허용하고 밸브 몸체의 제 1 벽 섹션의 변형의 수단에 의해 밸브 몸체가 동작될 수 있어 유체가 밸브 유닛을 통해 유동할 수 있는 동작 위치를 점유할 수 있다.
밸브 몸체의 수단에 의해, 유체가 본의 아니게 펌프 모듈을 통해 유동하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 바람직하게, 이러한 방식으로 형성된 밸브는 "자유 유동 방지 밸브(anti-free-flow-valve)", 즉 그 기본 위치에서 폐쇄되고 이러한 방식으로 유체가 펌프 모듈을 통해 본의 아니게 유동하는 것을 방지하는 밸브로서 사용된다. 특히, 이러한 것은 예를 들어, 펌프 모듈이 각각의 펌프 베이스 모듈에 아직 삽입되지 않았기 때문에, 펌프 채널이 여전히 개방될 때의 상황을 수반한다. 오직 밸브가 활동적으로 개방되었을 때만, 펌프 모듈을 통한 유동은 방출된다. 밸브의 개방은 제 1 벽 섹션의 변형의 수단에 의해 일어난다. 예를 들어, 벽 섹션의 변형의 수단에 의해, 밸브 몸체는 확인 위치로 가압되거나, 또는 대안적으로 밸브 몸체의 의해 점유될 수 있는 공간은 개방된다. 밸브 몸체가 가요성 벽 섹션의 수단에 의해 작동된다는 사실 때문에, 작동의 수단의 수단, 예를 들어 손 또는 기계적인 디바이스는 펌프 모듈에 의해 운반되는 유체과 직접 접촉하지 않게 된다. 더욱이, 이러한 밸브를 가지는 펌프 모듈은 저렴한 방식으로 제조될 수 있다. 그 결과, 펌프 모듈은 일회용 물품("일회용")으로서 사용하는데 특히 잘 적합하다.
펌프 모듈이 베이스와, 펌프 채널을 형성하는 멤브레인을 포함하는 워블 펌프를 위한 모듈로서 설계되는 것이 특히 바람직하다. 베이스는 밸브 유닛의 적어도 하나의 섹션을 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 특히 의료 적용을 위해 사용될 때, 저렴하고 강인하며 충분히 정확한 단지 몇개의 부분으로 펌프 모듈을 제조하는 것이 가능하다.
추가적인 본 발명의 펌프 베이스 모듈은 펌프 구동 시스템, 용기, 및 밸브 액추에이터를 포함하며, 용기는, 펌프 모듈이 용기에 적용되거나 삽입될 수 있고 펌프 모듈이 용기로부터 제거될 수 있는 방식으로 설계되고, 밸브 액추에이터는, 펌프 모듈이 적용되거나 또는 삽입될 때 또는 펌프 모듈이 적용되거나 또는 삽입된 후에, 펌프 모듈의 밸브 유닛의 제 1 가요성 벽 섹션을 변형시켜, 따라서 밸브 몸체를 동작 위치로 가져오는 방식으로 설계된다.
본 발명의 펌프 베이스 모듈은 밸브 몸체를 동작 위치로 가져오고, 즉 이것은 펌프 모듈의 밸브를 개방한다. 이러한 방식으로, 오직 개방되도록 의도될 때, 예를 들어, 펌프 모듈이 정확하게 삽입되었을 때 또는 가능하게 예를 들어 펌프 베이스 모듈이 예를 들어 초기화 또는 펌프 프로그램을 개시한 후에 각각의 위치를 수용하였을 때에만 밸브가 개방되는 것이 보장될 수 있다.
추가적인 본 발명의 펌프 시스템은 본 발명의 펌프 모듈과 본 발명의 펌프 베이스 모듈을 포함한다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시예는 종속 청구항에 기술된다.
본 명세서에서 기술된 펌프 모듈, 펌프 베이스 모듈, 특히 워블 펌프 베이스 모듈, 펌프 시스템, 특히 워블 펌프 시스템은 의료 분야에 적용하는데 잘 적합하다. 이러한 디바이스의 바람직한 실시예는 예를 들어 중화액을 펌핑하기 위한 장관내 펌프(enteral pump)로서의 사용 또는 약물을 정맥주사로 주입하기 위한 주입 펌프로서의 사용을 포함한다. 추가의 적용은 마취제 주입, 근육내 또는 피하 주입을 포함한다.
이후에, 본 발명은 상이한 실시예의 수단에 의해 더욱 상세하게 기술된다. 실시예들은 다수의 도면에 의해 묘사된다.
도 1은 펌프 모듈의 제 1 실시예의 커버 및 멤브레인의 평면도.
도 2는 펌프 모듈의 제 1 실시예의 베이스의 평면도.
도 3은 워블 디바이스의 사시도.
도 4는 도 1의 절단선 A-A를 따르는 제 1 실시예에 따른 워블 디바이스와 펌프 모듈을 통한 단면도.
도 5는 워블 디바이스의 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구가 폐쇄된, 도 1의 절단선 B-B를 따르는 제 1 실시예에 따른 워블 디바이스와 펌프 모듈을 통한 절단도(cut).
도 6은 펌프 모듈의 요소들이 분해도로서 도시된, 펌프 모듈의 제 2 실시예를 통한 절단도.
도 7은 조립된 상태에서 펌프 모듈의 제 2 실시예의 도면.
도 8은 펌프 모듈의 제 3 실시예의 커버와 멤브레인의 평면도.
도 9는 워블 디바이스의 제 2 실시예의 사시도.
도 10은 도 8에 도시된 절단선 A-A를 따르는 펌프 모듈과 워블 디바이스의 제 3 실시예의 절단도.
도 11은 펌프 모듈의 제 4 실시예의 베이스의 평면도.
도 12는 도 11에 도시된 전단선 B-B를 따르는 펌프 모듈의 제 4 실시예의 절단도.
도 13은 도 11에 도시된 절단선 A-A를 따르는 펌프 모듈과 워블 디바이스의 제 4 실시예의 절단도.
도 14는 펌프 모듈의 제 5 실시예의 베이스의 평면도.
도 15는 펌프 모듈의 제 5 실시예의 커버와 멤브레인의 평면도.
도 16은 펌프 모듈의 제 6 실시예의 커버와 멤브레인의 평면도.
도 17은 펌프 모듈의 제 6 실시예의 커버의 평면도.
도 18은 제 3 실시예에 따른 워블 디바이스의 저면도.
도 19는 도 18에 도시된 워블 디바이스의 측면도.
도 20은 도 18에 도시된 워블 디바이스의 모델의 측면도.
도 21은 펌프 모듈의 제 7 실시예의 평면도.
도 22는 적어도 부분적으로 압축된 펌프 채널을 구비한 도 21에 도시된 펌프 모듈을 통한 절단선 A-A를 따르는 절단도.
도 23은 도 21에 도시된 펌프 모듈을 통한 절단선 D-D를 따르는 절단도.
도 24는 펌프 모듈의 밸브 몸체가 아이들 위치를 점유하는 제 1 실시예(도 1 참조)에 따른 펌프 모듈을 통한 절단선 E-E를 따르는 절단도.
도 25는 펌프 모듈의 밸브 몸체가 동작 위치를 점유하는 제 1 실시예(도 1 참조)에 따른 펌프 모듈을 통한 절단선 E-E를 따르는 절단도.
도 26은 펌프 모듈의 밸브 몸체가 아이들 위치를 점유하는 펌프 모듈(도 1 참조)의 제 8 실시예를 통한 절단선 E-E를 따르는 절단도.
도 27은 펌프 모듈의 밸브 몸체가 동작 위치를 점유하는 펌프 모듈(도 1 참조)의 제 8 실시예를 통한 절단선 E-E를 따르는 절단도.
도 28은 커버에서 멤브레인의 벌지가 하나의 섹션에서 중단된, 도 8에 도시된 커버의 변형도.
도 29는 도 28에 도시된 커버와 워블 디바이스를 구비한 펌프 모듈을 통한 절단선 F-F를 따르는 절단도.
도 30은 개방된 커버 및 펌프 모듈을 위한 용기를 구비한 워블 펌프 베이스 모듈의 평면도.
도 31은 워블 펌프 베이스 모듈에서, 펌프 모듈이 용기에 수용된 도 30에 도시된 워블 펌프 베이스 모듈의 평면도.
도 32는 커버가 폐쇄될 때 펌프 모듈이 용기에 수용된, 워블 펌프 베이스 모듈을 통한 절단도.
도 33은 커버가 폐쇄될 때 펌프 모듈이 용기에 수용된, 제 1 워블 구동 시스템과 제 1 워블 디바이스를 구비한 워블 펌프 베이스 모듈을 통한 절단도.
도 34는 커버가 폐쇄될 때 펌프 모듈이 용기에 수용된, 제 2 워블 구동 시스템과 제 2 워블 디바이스를 구비한 워블 펌프 베이스 모듈을 통한 절단도.
도 35는 커버가 폐쇄될 때 펌프 모듈이 용기에 수용된, 제 3 워블 구동 시스템과 제 3 워블 디바이스를 구비한 워블 펌프 베이스 모듈을 통한 절단도.
도 36은 커버가 폐쇄될 때 펌프 모듈이 용기에 수용된, 제 4 워블 구동 시스템과 제 4 워블 디바이스를 구비한 워블 펌프 베이스 모듈을 통한 절단도.
도 37은 커버가 폐쇄될 때 펌프 모듈이 용기에 수용된, 제 2 워블 구동 시스템과 제 2 워블 디바이스를 구비한 워블 펌프 베이스 모듈을 통한 절단도.
도 38a 내지 도 38c는 조립되지 않은 상태와 조립된 상태에 있는 펌프 모듈의 실시예를 도시한 도면.
도 39a 및 도 39b는 경사로(ramp)를 구비한 워블 플레이트를 도시한 도면.
도 40a 및 도 40b는 경사로를 구비한 및 경사로를 구비하지 않은 펌프 성능에 관한 계산을 도시한 그래프.
도면에서, 유사하고 대응하는 부품들은 동일한 도면부호가 제공된다.
도 1, 도 2, 도 4 및 도 5는 펌프 모듈(1) 또는 펌프 모듈(1)의 개별 요소의 제 1 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 예를 들어, 도 33에서, 펌프 모듈(1)은 워블 펌프 베이스 모듈과 함께 사용되도록 설계된다. 이러한 것은 비록 상기된 방식으로 이를 사용하는 것이 바람직할지라도 다른 형태의 펌프들과 함께 사용되는 것에서 펌프 모듈(1)을 배제하지 않는다. 펌프 모듈과 워블 펌프 베이스 모듈은 워블 펌프 시스템을 형성하고, 유체, 즉 가스 또는 임의의 다른 유체는 워블 펌프 시스템에 의해 운반될 수 있다.
펌프 모듈은 베이스(2), 커버(3), 및 유연하게 변형 가능한 멤브레인(4)을 포함한다. 베이스(2)와 멤브레인(4)은 적어도 단면이 곡선인 선 형상 펌프 채널(5)을 형성한다. 베이스(2)는 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)를 포함한다. 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)는 펌프 채널(5) 내로 유체를 공급하고 펌프 채널(5)로부터 유체를 방출하기 위하여 펌프 채널(5)과 연결된다. 멤브레인(4)의 워블 변형은 펌프 채널(5)의 원형의 국부적인 압축을 유발하고, 유체가 펌프 채널 입구(6)로부터 펌프 채널(5)을 통해 펌프 채널 출구(7)로 펌핑될 수 있는 것을 가능하게 한다.
기본적으로, 진동 움직임을 역전시키는 것에 의해 펌프 채널 출구(7)로부터 펌프 채널 입구(6)로 유체를 펌핑하는 것이 또한 가능하다.
이 실시예에서, 베이스(2)는 그루브(groove;23)를 포함한다. 펌프 채널(5)은 그루브(23), 압축되지 않은 상태에서 평탄의 평면 하부면(이 실시예에서) 및 양측면에서 평면 멤브레인(4)에 의해 형성된다. 그루브(23)는 멤브레인(4)이 그루브(23)의 표면을 밀봉하도록 워블 디바이스를 통하여, 예를 들어 도 3에 도시된 워블 플레이트(41)를 통하여 가압될 수 있도록 약간의 곡선 프로파일을 가진다. 이 공정 동안, 멤브레인은 과잉 전단력에 노출되지 않는다. 대안적으로, 그루브를 구비한 멤브레인(4)을 설계하고 베이스(2)에 평면의 표면을 제공하거나, 또는 펌프 채널(5)을 형성하도록 평면의 표면과 다른 디자인을 멤브레인(4)과 베이스(2)에 각각 제공하는 것이 또한 가능하다.
펌프 채널(5)은 완전히 원형인 디자인을 가지지 않고 바(26)에 의해 중단된다. 바는 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7) 사이에서 유체가 단지 한 방향으로 유동하는 것을 보장한다.
펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)는 각각 바(26)의 일측에 직접 붙는다. 그 결과, 유체를 운반하기 위하여 펌프 채널(5)의 거의 완전한 용적을 이용하는 것이 가능하다.
펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)는 여기에서 그루브 형상 오목부(도 5 참조)로서 설계되며, 이는 펌프 채널(5)의 각 단부의 저부에 배열된다. 대안적으로, 상이한 형태, 예를 들어 둥글거나 타원의 개구를 가진 채널들을 이용하는 것이 또한 가능하다. 그루브 형상 오목부는 펌프 채널(5)에 대해 수직으로 위치되고 제 1 원통형 오목부(24) 또는 제 2 원통형 오목부(25)에서 종료한다. 제 1 원통형 오목부는 밸브 유닛(12)의 부분이고, 제 2 원통형 오목부는 압력 측정 챔버(10)의 부분이다(예를 들어, 도 16 참조).
멤브레인(4)은 커버(3)와 연결된다. 상이한 형태의 연결, 예를 들어, 특히 아교 접착 또는 몰딩에 의한 접착제로 부착을 사용하는 것이 가능하고, 몰딩 공정은 또한 사출 성형 또는 클램프에 의한 강제 끼워맞춤 연결을 포함한다. 멤브레인(4)이 이 실시예에서 행해진 바와 같이 커버(3)에 사출성형되는 것이 바람직하다. 커버(3)에 대한 멤브레인(4)의 접착을 개선하도록, 커버(3)는 펌프 채널(5)을 마주하는 내부면을 따르는 돌기(27)를 포함하고(도 5 참조), 돌기는 그 상부 및 하부면에서 멤브레인(4)에 의해 둘러싸인다.
도 6 및 도 7은 멤브레인(4)이 클램프에 의해 부착되는 펌프 모듈(1)의 대안적인 실시예를 도시한다. 이 모델에서, 멤브레인(4)은 평면의 상부면 및 하부면을 구비한 별개의 평탄 요소를 형성하며, 이는 베이스(2)와 커버(3) 사이에서 클램핑된다.
대안적으로, 멤브레인(4)은 특히 커버(3)를 위해 상기된 형태의 연결과 관련하여 베이스(2)와 또한 연결될 수 있다.
베이스(2)와 커버(3)는 언더컷이 없는(undercut-free) 디자인을 가진다. 그 결과, 베이스(2)와 커버(3)는 비용 소모성의 공구 사용 없이 저렴한 방식으로 제조될 수 있다. 특히, 비용 소모성의 탈형 공정을 수행하는 것이 요구되지 않는다.
도 5에 도시된 바와 같이, 커버(3)는 베이스(2)가 삽입되는 오목부(8)를 포함한다. 포지티브 끼워맞춤(positive-fit)은 커버(3)와 베이스(2)의 상대 위치가 정의되는 것을 보증한다. 커버(3)와 베이스(2)를 조립할 때, 제조 허용값을 최소화하는 것이 가능하여서, 기본적으로 모두 동일 특성을 가지는 다수의 펌프 모듈이 제조될 수 있다. 대안적으로, 커버(3)가 형태 끼워맞춤 방식(form-fit manner)으로 삽입되거나 또는 결합되는 오목부를 베이스(2)가 가지거나, 또는 다른 요소가 형태 끼워맞춤 방식으로 결합되는 적어도 하나의 오목부를 커버(3)와 베이스(2)가 각각 가지는 것이 또한 가능하다. 이 실시예에서, 커버(3)의 후방면은 직사각형 오목부를 포함하고, 대응 직사각형 외형을 가지는 베이스가 직사각형 오목부 내로 삽입된다.
베이스(2)와 커버(3)는 고체 재료, 바람직하게 플라스틱 재료, 특히 열가소성 수지로 제조된다. 예를 들어, 사용되는 재료는 POM(폴리아세탈;polyoxymethylene), PC(폴리카보네이트) 또는 COC(주기성 올레핀 공중합체)를 포함한다. 여기에서, 베이스(2)와 커버(3)는 단일 부재로서, 특히 일체로 형성된 사출성형 부분들이다. 베이스(2)와 커버(3)는 동일한 재료로 이루어지고, 간단하고 저렴한 방식으로 베이스(2)와 커버(3) 사이에 접착식 결합 연결을 만드는 것을 가능하게 한다. 바람직하게, 상기 연결은 용접 공정, 예를 들어 초음파 용접 공정 또는 레이저 용접 공정에 의해 만들어진다. 레이저 용접 공정의 경우에, 베이스(2) 또는 커버(3)중 하나가 투명한 한편, 다른 부품은 적어도 용접 영역에서 레이저 빔을 흡수하는 것이 바람직하다. 그러나, 베이스(2)와 커버(3)는 예를 들어 아교 접착 또는 클램핑에 의한 다른 연결 방법에 의해 또한 결합될 수 있다.
바람직하게, 멤브레인(4)은 단일 부재로 이루어지거나(제 2 실시예, 도 6, 도 7 참조), 또는 커버(3)에 통합된다(예를 들어, 상기된 제 1 실시예에서와 같이). 바람직하게, 멤브레인(4)은 단일 부재로 이루어진다. 바람직하게, 멤브레인(4)은 엘라스토머, 바람직하게 열가소성 엘라스토머, 예를 들어, EPDM (에틸렌 프로필렌 다이엔계 고무), 에틸렌 프로필렌 고무 또는 실리콘 고무를 포함한다. 펌프 모듈(1)의 제 1 실시예의 멤브레인(4)과 커버(3)는 2-부품 사출성형 공정(2 부품 사출성형)의 수단에 의해 제조된다.
베이스(2), 커버(3) 및 멤브레인(4)을 위해 사용된 재료들은 저렴하고 매우 정밀하게 처리될 수 있다. 그 결과, 펌프 모듈(1)은 재생 가능한 측정치 및 최대 내구성과 함께 저렴한 방식으로 제조될 수 있다. 또한, 이후에 기술되는 바와 같이, 저렴하고 공간 절약 방식으로 펌프 모듈(1)에 다수의 기능을 통합하는 것이 가능하다.
추가하여, 펌프 모듈은 밀봉부(9, 도 5 참조)를 포함한다. 밀봉부는 베이스(2)와 커버(3) 사이에 배열된다. 밀봉부(9)는 외부 영역을 향하여 펌프 모듈(1)의 유체 안내 영역(fluid-leading area)을 밀봉한다. 밀봉부(9)는 펌프 채널(5), 압력 측정 챔버(10) 및 밸브 유닛(12)을 둘러싼다(또한 도 16 참조). 여기에서, 밀봉부(9)는 밀봉 립(sealing lip)에 의해 형성된다. 밀봉 립은 커버(3) 또는 베이스(2)에 성형될 수 있거나, 또는 느슨하게 배열될 수 있다. 밀봉 립이 2 부품 사출성형의 수단에 의해 사출성형되거나, 또는 멤브레인(4)의 제조 공정에서 커버(3)에 사출성형되는 것이 바람직하다. 이전에 기술된 경우에서, 바람직하게 밀봉 립은 멤브레인(4)과 동일한 재료로 이루어진다. 대안적으로, 밀봉 립 또는 밀봉 립의 부분은 베이스(2)에 사출성형될 수 있다.
대안적으로, 밀봉 립 대신에 하나 또는 다수의 밀봉 링들 또는 임의의 다른 밀봉제를 사용하는 것이 가능하다.
베이스(2)와 커버(3)가 용접, 특히 레이저 용접에 의해 연결되는 경우에, 밀봉부는 용접 공정 동안 또한 제조될 수 있다. 상기 공정에서, 유체 안내 영역들은 이것들이 서로를 향하여 및 외부 영역에 용접선을 밀봉하는 방식으로 선이 그려진다.
커버(3)와 베이스(2)는 압력 측정 챔버(10)를 형성한다(도 24 내지 도 27 참조). 베이스(2)의 원통형 오목부(25, 도 2 참조)는 커버(3)의 원통형 오목부 내로 각각의 지름에 의해 합쳐진다. 커버(3)의 원통형 오목부는 또한 커버(3)에 의해 형성되는 배출 통로와 연결된다. 유체는 상기 배출 통로의 수단에 의해 펌프 모듈(1)을 떠날 수 있다.
압력 측정 챔버(10)는 압력 측정 챔버(10)에서 발휘되는 유체의 압력에 의해 변형될 수 있는 가요성 벽 섹션(11)을 포함한다. 펌프 모듈(1)의 동작 동안, 각 펌프 사이클은 유체와 함께 벽 섹션(11)의 변형을 만든다. 벽 섹션(11)의 변형 정도는 압력 측정 챔버(10)에서의 압력을 나타내는 동시에, 유체의 압력을 나타낸다. 특히, 예를 들어 하류측 폐색의 경우에 발생하는 과잉 압력, 또는 펌프 모듈(1)과 연결된 라인 또는 튜브가 손상될 때 발생하는 압력의 손실을 검출하는 것이 가능하다. 또한, 펌프 모듈(1)이 유체 수용 백(이는 통상의 적용이다)과 연결될 때, 압력 측정의 수단에 의해 백이 비워있는지를 검출하는 것이 가능하다. 이러한 실시예에 도시된 바와 같이, 압력 측정 챔버(10)는 펌프 채널(5)의 외부에 배열될 수 있거나, 또는 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7) 사이에 배열될 수 있다. 이는 펌프 채널(5)의 부분일 수 있거나 또는 예를 들어 통로의 수단에 의해 펌프 채널과 연결될 수 있다. 마지막으로 기술된 변형은 상류측 뿐만 아니라 하류측에서 압력을 측정하는 것을 가능하게 하고, 이는 폐색, 배관 고장 또는 빈 백을 검출하도록 사용될 수 있다.
또한, 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)가 동시에 폐쇄될 때 펌프 채널(5) 내부 또는 펌프 채널(5)의 섹션의 압력을 측정하는 것이 또한 가능하다. 특히, 펌프 채널(5)의 작은 용적을 가지는 경우에, 예를 들어 기준값과 측정된 압력을 비교하는 것에 의해, 펌프 채널(5)에서의 유체 용적, 및 펌프 채널의 크기 또는 그보다 큰 유체에서의 거품의 존재, 특히 공기 거품의 존재에 관한 결론을 끌어내는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 유체를 통과하는 초음파의 손실을 측정하는 것과 같은 저렴한 방식으로 공기 검출의 확립된 측정 방법을 교체하는 것이 가능하다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상류측 및 하류측의 압력을 측정할 수 있도록 펌프 채널(5)의 전후에 2개의 압력 측정 챔버(10)를 배열하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 이러한 방식으로, 빈 유체 백을 검출하는 것이 가능하다. 또한, 하류측 또는 상류측에 위치된 유체의 개별적인 공기 거품 또는 폐색을 검출하는 것이 가능하다.
이 실시예에서, 가요성 벽 섹션(11)은 본 발명에 따라서 바람직한 멤브레인으로서 설계된다. 압력 측정 챔버(10) 위에서, 커버(3)는 가요성 벽 섹션(11)이 배열되는 원형의 오목부를 포함한다. 바람직하게, 가요성 벽 섹션은 멤브레인(4)을 위해 바람직하게 사용되는 동일한 재료로 이루어진다. 저렴한 제조의 목적을 위하여, 특히 커버(3)의 제조와 관련하여 2 부품 사출성형 공정의 부분으로서, 단일 공정으로 가요성 벽 섹션(11)과 멤브레인(4)을 제조하는 것이 특히 바람직하다. 가요성 벽 섹션(11)을 위한 오목부의 내부면에서, 커버(3)는 그 하부 및 상부에서 가요성 벽 섹션에 의해 둘러싸이는 돌기를 포함하고, 벽 섹션(11)과 커버(3) 사이의 증가된 연결을 유발한다.
대안적으로 그리고 추가적으로, 베이스(2)에 가요성 벽 섹션(11)을 제공하는 것이 가능하게 된다. 커버(3)에 있는 가요성 벽 섹션(11)을 위한 오목부는 베이스(2)의 저부에 대응하여 제공되게 된다.
가요성 벽 섹션(11)은 외부로부터 직접 접근될 수 있다. 그러므로, 펌프 모듈(1)의 다른 부품들에 의해 장애를 받음이 없이 벽 섹션(11)의 변형을 결정하는 것이 가능하다. 이 실시예에서, 변형되지 않은 가요성 벽 섹션(11)은 커버(3)의 표면으로 평면의 표면을 형성한다.
대안적으로 및 추가적으로, 멤브레인(4)의 수단에 의해 유체의 압력을 측정하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 펌프 채널(5) 내부의 압력을 결정하는 것이 가능하다.
도 28 및 도 29는 펌프 채널(5)의 압력이 멤브레인(4)의 수단에 의해 측정되는 디바이스를 묘사하는 실시예를 도시한다.
멤브레인(4) 맞은편의 섹션에서, 워블 디바이스(41)는 압력 측정 디바이스(35), 여기에서 측정을 위하여 압력 센서(도시되지 않음)와 연결된, 가동성의 유연하게 사전인장된 강성 핑거(finger)를 포함하는 오목부(34)를 가진다. 멤브레인(4)의 변형은 압력 측정 디바이스(35)의 수단에 의해 검출되고, 펌프 채널(5) 내부의 압력을 결정하기 위하여 사용된다. 벌지를 가지는 멤브레인(4)이 사용될 때(예를 들어, 도 8 및 도 10 참조), 바람직하게 벌지는 압력 측정의 민감성을 증가시키도록, 압력 측정 디바이스가 멤브레인(4)을 접촉하는 측정 범위(36, 도 28 참조)에서 중단된다. 벽의 두께 및/또는 형태를 변경하는 것 외에, 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 재료로, 예를 들어 증가된 탄성을 가지는 재료로 이 영역에서 멤브레인(4)을 설계하는 것이 가능하다.
여기에서, 압력 측정 디바이스(35)는 워블 디바이스(41)의 진동 운동으로부터 분리된다. 이것은 멤브레인(4)에 대해 측정하기 위한 핑거의 크기를 최소화하도록 워블 펌프 베이스 모듈(40)의 하우징에 견고하게 장착된다. 대안적으로, 워블 디바이스(41)에 적어도 부분적으로 압력 측정 디바이스(35)를 통합하는 것이 가능하다.
이러한 방식으로, 멤브레인(4)의 주기적으로 회전하는 마킹의 의존하여, 펌프 채널(5)의 내부에서, 하류측, 상류측 및 입구(6)와 출구(7)가 폐쇄될 때의 압력을 측정하는 것이 가능하다.
도시된 실시예에서, 펌프 모듈(1)은 압력 측정 챔버(10)에 추가하여 밸브 유닛(12)을 포함한다. 밸브 유닛(12)은 펌프 채널(5)과 연결되고, 펌프 채널(5)과 밸브 유닛(12)을 통하여 유체를 운반하는 것을 가능하게 한다. 펌프 채널(5)과 밸브 유닛(12) 사이의 연결은 펌프 채널 입구(6)의 수단에 의해 만들어진다(도 2 및 도 24 참조). 펌프 모듈(1)은 밸브 유닛(12)에 배열된 가요성 밸브 몸체(14)를 포함한다. 밸브 몸체는 유체가 통과하는 것을 방지하도록 밸브 몸체(14)가 밸브 유닛(12)에 폐쇄하는 아이들 위치를 점유하거나(도 24 또는 도 26 참조), 또는 밸브 몸체는 유체가 밸브 유닛을 통해 유동하는 것을 밸브 몸체(14)가 허용하는 동작 위치를 점유할 수 있다(도 25 또는 도 27 참조). 밸브 유닛(12)의 제 1 벽 섹션(13)은 가요성 디자인을 가지며, 제 1 벽 섹션(13)의 변형을 통해 밸브 몸체가 동작 위치로 올 수 있도록 밸브 몸체(14)와 상호 작용하여, 유체가 밸브 유닛(12)을 통해 유동하는 것을 가능하게 한다.
아이들 위치에서, 밸브 몸체는 밸브 유닛의 정지 위치(19)에 대하여 탄력적으로 사전인장된다. 그 결과, 밸브 몸체(14)가 아이들 위치를 떠나고 밸브가 개방하도록 특정의 최소 압력이 요구된다. 사전인장은 정지 위치(19)로부터 멀리 밸브 몸체(14)를 밀도록 유체가 ≥ 2 bar의 최소 압력, 바람직하게 ≥ 1 bar의 최소 압력을 가져야만 하는 방식으로 조정된다. 결과적으로, 펌프 모듈(1)은 그 기본 위치에서 폐쇄된다. 오직 밸브 몸체(14)가 작동될 때만, 펌프 모듈(1)을 통해 유체를 운반하는 것이 가능하다. 밸브는 원하지 않을 때 유체가 펌프 모듈을 통과하지 않는 것, 예를 들어 백이 펌프 모듈(1)과 연결될 때 유체가 백으로부터 원치않게 방출되지 않는 것을 보장한다. 이러한 밸브는 또한 자유 유동 방지 밸브로 지칭된다. 또한, 밸브 몸체(14)의 탄력적인 사전인장은 밸브 몸체(14)가 아이들 위치로 가압되는 효과를 가지며, 그 때문에, 밸브 몸체(14)는 밸브 몸체(14) 상의 유체의 압력 또는 제 1 벽 섹션(13)이 감소될 때 아이들 위치로 복귀한다.
펌프 모듈(1)의 수단에 의해, 유체가 반대 방향으로 운반되거나, 또는 펌프 모듈(1)의 가능한 사용을 명확하게 나타내는, 펌프 모듈(1)이 유동 방향 반대로 동작되면, 밸브 몸체(14)는 밸브 몸체(14)의 사전인장에 의해서 뿐만 아니라 유체 자체에 의해 정지 위치(19)로, 그러므로 아이들 위치로 가압된다. 그 결과, 밸브는 유체의 압력과 관계없이 강제로 개방되지 않을 때 폐쇄되어 있다.
밸브 유닛(12)은 제 2 벽 섹션(20)을 포함하고, 제 2 벽 섹션(20)은 유연하게 변형될 수 있다. 제 2 벽 섹션(20)은 밸브 몸체(14)와 활동적으로 연결되고, 정지 위치(19)에 대하여 밸브 몸체(14)를 사전인장시킨다. 도 24 및 도 25에 도시된 제 1 모델에서, 제 2 벽 섹션(20)과 밸브 몸체(14)는 두 부재로 이루어진다. 도 26 및 도 27에 도시된 제 2 모델에서, 제 2 벽 섹션(20)과 밸브 몸체(14)는 단일 부재로 이루어지고, 이러한 경우에, 심지어 일체로 형성된다.
바람직하게, 제 1 벽 섹션(13), 제 2 벽 섹션(20) 및 밸브 몸체(14)는 반강성 또는 연성의 유연하게 변형 가능한 재료로 설계된다. 바람직한 재료는 열가소성 플라스틱 재료, 열가소성 엘라스토머 또는 실리콘 함유 재료를 포함한다. 특히, 멤브레인(4), 압력 측정 챔버(10)의 가요성 벽 섹션(11) 또는 밀봉 립(9)을 제조하기 위해 사용되는 동일 재료를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 펌프 모델(1)을 제조하기 위한 다른 재료의 수와 공정 단계의 수는 감소될 수 있으며, 펌프 모듈(1)이 보다 비용 효과적인 방식으로 제조될 수 있다는 사실을 유발한다. 특히, 제 1 벽 섹셕(13)과 제 2 벽 섹션(20)은 펌프 모듈(1)의 추가의 부품과 함께, 특히 베이스(1) 또는 커버(3)와 함께 2 부품 공정의 부분으로서 제조될 수 있다.
이 실시예에서, 밸브 유닛(12)은 감소된 지름으로 커버(3)의 원통형 오목부 내로 합쳐지는 베이스(2)의 원통형 오복부(24, 도 2 참조)에 의해 형성된다. 커버(3)의 원통형 오목부는 커버(3)에 의해 형성되는 배출 통로(29)와 연결되고, 배출 통로에 의해 유체는 펌프 모듈(1)로 들어갈 수 있다(도 24 참조).
밸브 유닛(12) 위에서, 커버는 제 1 가요성 벽 섹션(13)이 배열되는 둥근 오목부를 가진다. 오목부의 내부 가장자리에서, 커버(3)는 양측에서 가요성 벽 섹션(13)에 의해 둘러싸이는 돌기를 포함하며, 그러므로, 제 1 벽 섹션(13)과 커버(3) 사이의 연결의 내구성을 개선한다.
밸브 유닛(12) 아래에서, 베이스(2)는 제 2 벽 섹션(20)이 배열되는 둥근 오목부를 가진다. 오목부의 내부 가장자리에서, 베이스(2)는 양측에서 제 2 벽 섹션(20)에 의해 둘러싸이는 돌기를 포함하며, 그러므로, 제 2 벽 섹션(20)과 베이스(2) 사이의 연결의 내구성을 개선한다.
정지 위치(19)는 베이스(2)에 있는 밸브 유닛(12)의 원통형 섹션이 커버(3)에 있는 밸브 유닛(12)의 원통형 섹션보다 큰 지름을 가지는 것으로 생성되는 단계에 의해 형성된다.
밸브 몸체(14)는 베이스(2)에 위치된 밸브 유닛(12)의 영역에 배열된다. 제 2 가요성 탄력적인 벽 섹션(20)은 밸브 몸체(14)가 아이들 위치에 있을 때 이미 변형되고, 이는 정지 위치(19)에 대한 밀봉처럼 밸브 몸체(14)를 가압하는 접촉 압력을 증가시킨다. 바람직하게 밸브 몸체(14)의 방향으로 향하는 변형 방향으로, 이러한 경우에 제 1 벽 섹션(13)과 커버(3)의 레벨에 대해 수직으로 제 1 벽 섹션(13)의 변형의 수단에 의해, 밸브 몸체(14)는 동작 위치로 이동될 수 있다(도 25 및 도 26 참조). 밸브 몸체(14)가 동작 위치로 이동됨으로써, 제 2 가요성 벽 섹션은 점점 외측으로 튀어 나온다. 제 1 벽 섹션(13) 상에서 압력을 감압하는 것에 의해, 제 2 벽 섹션(20)의 리셋력은 밸브 몸체(14)가 아이들 위치로 복귀하는 사실을 유발한다.
이 실시예에서, 제 1 벽 섹션(13)은 펌프 모듈(1)의 외벽의 부분으로서 설계되어서, 제 1 벽 섹션(13)은 장애없이 외부로부터 동작될 수 있다. 제 2 벽 섹션(20)은 펌프 모듈(1)의 외벽의 부분으로서 또한 설계된다. 그 결과, 콤팩트한 사이즈를 가진 펌프 모듈을 제조하는 것이 가능하다.
제 1 벽 섹션(13)은 돌기(51), 예를 들어 볼트 또는 바의 결합을 위한 함몰부(21)를 포함하고, 함몰부는 외부로부터 접근될 수 있다. 이러한 방식으로, 밸브의 오용(misuse), 특히 밸브의 의도되지 않은 개방을 방지하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 함몰부는 정확한 위치에서, 펌프 모듈과 워블 펌프 베이스 모듈을 연결하는 위치 선정 보조물로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 제 1 벽 섹션(13)은 다른 형태, 예를 들어 평면 또는 커버(3)의 표면 위의 상승부(elevation)로서 또한 설계될 수 있다. 후자의 변형은 밸브의 간단한 수동 작동을 허용하고, 이는 펌프 모듈이 워블 펌프 베이스 모듈과 연결되지 않았을 때 밸브를 개방하도록 요구되는 경우에 유리하다.
대안적으로, 베이스(2)와 커버(3)의 기능을 전환하는 것이 가능하고, 즉, 제 2 벽 섹션(20)과 밸브 몸체(14)는 커버(3)에 배열될 수 있고, 제 1 벽 섹션(13)은 베이스(2)에 배열될 수 있다. 심지어 유입 채널(29)과 배출 채널(28)은 베이스(2)에 의해 부분적으로 또는 완전히 형성될 수 있다. 기본적으로, 밸브 유닛(12) 및/또는 압력 측정 챔버(10)의 다른 형상, 예를 들어 타원 또는 직사각형 형상을 또한 사용하는 것이 가능하다.
기술된 밸브 유닛(12)은 멤브레인(4)의 수단에 의해 형성되는 펌프 채널(5)과 조합하여 사용되는데 적합할 뿐만 아니라, 기본적으로 이것은 다른 펌프 시스템과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 펌프 채널(5)로서 유연하게 변형 가능한 튜브를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 밸브 유닛(12)의 구조는 펌핑 원리와 관계없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 밸브 유닛(12)의 구조는 선형의 연동 핑거 펌프, 롤러 펌프 또는 멤브레인 펌프의 부분일 수 있다. 동일한 것이 특히 밸브 유닛(12)과 조합하여 압력 측정 챔버(10)에 적용한다. 밸브 유닛(12)과 압력 측정 챔버(10)를 구비한 멤브레인을 사용하는 펌프 원리의 조합의 특별한 이점은 펌프 모듈의 개별 요소가 다수의 기능을 구비하여, 펌프 모듈(1)이 저렴한 방식, 콤팩트한 형태 및 높은 기계 정밀도로 제조될 수 있다는 것이다.
커버(3)는 튜브를 연결하기 위한 제 1 커넥터(15)와 제 2 커넥터(16)를 포함한다. 제 1 커넥터(15)는 펌프 입구(6)와 연결되고, 제 2 커넥터(16)는 펌프 출구(7)와 연결된다. 이 실시예에서, 제 1 커넥터(15)와 제 2 커넥터(16)는 관형 어댑터(adapter)로서 설계되고, 각각의 커넥터는 배관 섹션(도 26 참조)으로 덮여질 수 있으며, 연결의 안정성을 개선하는 목적을 위하여 선택적으로 어댑터에 접착제로, 예를 들어 아교 접착 또는 용접에 의해 연결될 수 있다. 유입 채널(29)의 섹션은 제 1 커넥터(15)가 형성되고, 배출 채널(28)의 섹션은 제 2 커넥터(16)가 형성된다. 결과적으로, 유입 채널(29)을 통과한 후에, 유입 채널(29)의 수단에 의해 펌프 모듈(1) 내로 주입된 유체는 배출 채널(28)의 수단에 의해 펌프 모듈을 떠나기 전에 밸브 유닛(12), 펌프 채널 입구(6), 펌프 채널(5), 펌프 채널 출구(7), 및 압력 측정 챔버(10)를 통과한다.
유체가 다른 방향으로 펌프 모듈(1)을 통과하는 것이 또한 가능하다. 이러한 경우에, 펌프 모듈(1)의 밸브는, 유체의 압력에 관계없이 유입 채널(29)로의 유체의 유동을 정지시키고 제 1 벽 섹션(13)의 수단에 의해 밸브 몸체(14)를 작동시키는 것에 의해 유동을 해제하는 정지 밸브를 형성한다.
대안적으로, 제 1 커넥터(15) 및/또는 제 2 커넥터(16)는 다른 형상, 예를 들어 배관 섹션이 삽입될 수 있는 슬리브의 형태로 설계될 수 있다.
펌프 채널(5)은 진원 디자인을 가질 수 있거나, 또는 실시예들에서 도시된 펌프 모듈(1)처럼 진원 디자인과 다른 방식으로 설계된다. 이러한 방식으로, 펌프 모듈(1)의 동작 동안, 유체가 아무 방해없이 또는 충분히 방해받지 않고 펌프 채널(5)을 통과할 수 있는 단기적("단기") 개방 연결이 존재하는 불필요한 상태를 방지하는 것이 가능하다.
예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 펌프 모듈(1)의 제 1 실시예는 원형 섹션(30), 제 1 직선 섹션(31), 및 제 2 직선 섹션(32)을 가지는 펌프 채널(5)을 포함한다. 원형 섹션은 제 1 직선 섹션과 제 2 직선 섹션 사이에 배열된다. 펌프 채널 입구(6)는 제 1 직선 섹션(31)에 위치되고, 펌프 채널 출구(7)는 제 2 직선 섹션(32)에 위치된다. 제 1 직선 섹션(31)과 제 2 직선 섹션(32)이 직선 디자인을 가진다는 사실 때문에, 예를 들어 워블 플레이트(도 3에 도시된)에 의해 지시된 워블 디바이스(41)의 수단에 의해, 펌프 채널(5)이 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)에서 거의 동시에 밀봉될 수 있는 실시예가 달성된다(도 5 참조). 바람직하게, 제 1 섹션(31)과 제 2 섹션(32)은 병렬 또는 동일 선상 방식으로 배열되고, 동일 선상 방식은 도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 펌프 모듈(1)에서 인용된다.
그 회전축을 따라서 축방향 가동 방식으로 장착된 워블 디바이스(41), 또는 적어도 멤브레인(4)을 압축하는 영역에서 유연하게 리바운딩하는 디자인을 가지는 워블 디바이스(41)의 수단에 의해, 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)의 동시 폐쇄 뿐만 아니라 전체적인 펌프 공정을 개선하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 충분한 접촉 압력이 워블 디바이스의 축방향 변위 또는 변형의 수단에 의해 달성될 수 있다. 특히, 워블 디바이스(41)의 축방향 베어링 및/또는 유연하게 리바운딩하는 디자인은, 펌프 사이클 동안, 워블 디바이스(41)가 도 3에 도시된 바와 같은 갭을 가질 때에도, 워블 디바이스(41)가 사이클의 각 위상에서 축방향 가동 수단에 의해 멤브레인(4)을 충분히 가압하는 것을 보장한다.
축방향 변위의 목적을 위하여, 워블 디바이스(41)는 축방향으로 사전인장될 수 있다.
도 8 및 도 10은 본 발명의 펌프 모듈(1)의 제 3 실시예를 도시한다. 멤브레인(4)이 커버(3) 너머로 돌출하지 않는 제 1 실시예에 대조하여, 멤브레인(4)은 벌지가 설계된다. 변형되지 않은 상태에서, 그루브(23)를 마주하는 멤브레인(4)의 하부면은 펌프 채널(5)이 단단히 폐쇄될 수 있는 방식으로 형성된다. 이 실시예에서, 상기 하부면은 평면 디자인을 가진다. 멤브레인(4)의 상부면은 원환체(toric) 디자인을 가지며 커버(3) 너머로 돌출한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 것과 같은 워블 디바이스(41)의 수단에 의해, 펌프 채널(5)의 영역에서, 멤브레인(4)이 멤브레인(4)의 원환체 영역의 섹션 상에서 워블 디바이스(41)의 압력을 통하여 유체 기밀 방식으로 그루브(23)에 가압될 수 있는 것이 가능하다. 그 결과, 유체는 텀블 축(67, tumble axis)을 중심으로 하는 워블 디바이스(41)의 워블 운동을 의해 펌프 채널을 통하여 운반될 수 있다. 원환체 멤브레인(4) 때문에, 멤브레인(4)을 대면하는 워블 디바이스(41)의 베이스(62)의 하부면은 평면 디자인을 가질 수 있다(도 10 참조). 도 10은 변형되지 않는 섹션과, 워블 디바이스(41)에 의해 변형되고 펌프 채널(5)을 폐쇄하는 섹션을 구비한 멤브레인(4)을 도시한다. 나머지 디자인에서, 제 3 실시예는 펌프 모듈(1)의 제 1 실시예에 일치한다.
워블 디바이스(41)의 이러한 평면 실시예는, 워블 디바이스(41)와 워블 디바이스의 구동 유닛이 측면 허용값에 둔감한 것에서 유익하다. 또한, 워블 디바이스(41)는 반강성 또는 가요성 플레이트로서 간단하고 한정된 방식으로 설계될 수 있다(도 37 참조). 이러한 방식으로, 워블 디바이스(41)의 고유한 가요성을 실현하고 멤브레인 상에서 워블 디바이스의 한정된 접촉 압력을 달성하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 축방향 허용값을 보상하는 것이 가능하다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 펌프 모듈(1)의 제 4 실시예를 도시한다. 제 1 실시예에 대조하여, 곡선의 멤브레인(4)은 평면 디자인을 가지지 않는다. 그 상부면은 제 3 실시예에 일치하여, 벌지를 갖고 설계된다. 변형되지 않은 상태에서, 멤브레인(4)의 하부면은 내부로 굽어진다. 그루브 형상의 절개부로서 설계된 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)를 제외하고, 베이스는 멤브레인(4)의 하부면 반대편의 상부면에 평면 디자인을 가진다. 멤브레인(4)의 하부면의 상부면(내부로 굽어진)과 베이스(2)의 평면의 표면은 이를 통해 유체가 운반될 수 있는 펌프 채널을 형성한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같은 워블 디바이스의 수단에 의해, 펌프 채널(5)의 섹션에서, 멤브레인(4)은 베이스(2)의 표면으로 유체 기밀 방식으로 가압될 수 있다. 도 13은 변형되지 않는 섹션, 및 워블 디바이스(41)에 의해 변형되고 펌프 채널(5)을 폐쇄하는 섹션에 있는 멤브레인(4)을 도시한다. 나머지 디자인에서, 제 4 실시예는 펌프 모듈(1)의 제 1 실시예에 일치한다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 펌프 모듈(1)의 제 5 실시예를 도시한다. 제 1 실시예에 대조하여, 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7) 사이의 펌프 채널(5)은 나선형 디자인을 가지며, 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7) 사이의 섹션에서, 펌프 채널(5)은 방사상으로 중첩하고, 즉 펌프 채널(5)은 36°보다 큰 각도의 각도 범위를 덮는다. 바람직하게, 나선 형상의 펌프 채널(5)은 텀블 축에 대해 수직인 평면에 설계된다. 중첩하는 영역에서, 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)를 향하여, 펌프 채널(5)의 나선 형상 섹션은 직선 섹션 내로 각각 합쳐지고, 두 직선 섹션은 평행 형태로 배열된다. 대안적으로, 펌프 채널은 나선 형상 디자인을 또한 가질 수 있다. 그외에, 펌프 모듈(1)의 이 실시예는 제 1 실시예에 일치한다.
펌프 채널(5)에 있는 나선 형상 섹션은 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)를 서로 편심(offset)으로 배열하는 것을 가능하게 하여서, 하나의 섹션에서, 펌프 채널은 방사상으로 중첩할 수 있다(도면 참조). 중첩은 워블 디바이스(41)의 수단에 의해, 진동과 관련하여, 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)가 단단히 폐쇄될 수 있는 것을 보장하는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 펌프 채널(5)이 단지 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7) 사이의 모멘트를 위해서만 개방되는 상황이 방지될 수 있다. 또한, 펌프 채널(5)의 중첩은, 텀블링 공정(tumbling process) 동안 바람직하게 펌프 채널(5)을 국부적으로 폐쇄하는 것에 의해, 펌프 채널 입구(6)에 의해 시작하는 펌프 채널(5) 내부의 유체의 압축을 만드는 한편, 펌프 채널 출구(7)의 섹션에서, 멤브레인(4)의 순환 변형은 아직 펌프 채널 출구(7)에 도달되지 않게 되는 것을 가능하게 한다. 연속적인 진동의 경우에, 펌프 채널(5)의 이러한 2개의 밀봉된 영역 사이의 용적은 중심(바람직하게 텀블 축 상에 위치된)에서 더욱 멀리에서 펌프 채널(5)을 밀봉하는 국부적인 변형이 내부에 위치된 변형보다 더욱 먼 거리를 커버하기 때문에 감소된다. 압축 위상은 내부에 놓여있는 변형이 펌프 채널 출구(7)에 도달할 때 종료한다. 이러한 압축은 도 18 내지 도 20에 도시된 워블 디바이스(41)의 수단에 의해 수행될 수 있거나, 또는 멤브레인(4)이 각각의 벌지를 구비할 때, 이러한 압축은 도 9에 도시된 워블 디바이스에 의해 수행될 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 펌프 모듈(1)의 제 6 실시예를 도시한다. 제 1 실시예에 대조하여, 펌프 채널(5)은 멤브레인(4)을 형성하는 2개의 원형 멤브레인 섹션(401, 402)에 의해 및 2개의 원형 그루브 섹션(231, 232)에 의해 베이스(2)에 형성된 2개의 원형 펌프 채널 섹션을 포함하고, 제 1 펌프 채널 섹션은 중심(403, 바람직하게 텀블 축에 위치된)을 향하여 제 1 반경에 배열되고, 제 2 펌프 채널 섹션은 중심(403)을 향하여 여기에서 더욱 큰 제 2 반경에 배열되고, 제 2 반경은 제 1 반경과 다르다. 제 1 펌프 채널 섹션은 바람직하게 적어도 180°내지 최대한 355°의 각도 범위에 걸쳐 연장한다. 바람직하게, 제 2 펌프 채널 섹션은 적어도 20°의 각도 범위에 걸쳐 연장한다. 바람직하게, 제 1 펌프 채널 섹션과 제 2 펌프 채널 섹션은 적어도 10°의 각도 범위에서 중첩한다.
펌프 채널 입구(6)는 제 2, 외부의 그루브 섹션(232)의 한쪽 단부에 배열된다. 펌프 채널 출구(7)는 제 1, 내부의 그루브 섹션(231)의 한쪽 단부에 배열된다. 제 2 펌프 채널 섹션/제 2 그루브 섹션(232)은 짧은 천이 덕트(233, short transition)의 수단에 의해 제 1 펌프 채널 섹션/제 1 그루브 섹션(231)과 연결된다. 천이 덕트(233)는 펌프 채널 입구(6)로부터 일정 거리에 위치된 제 2 펌프 채널 섹션의 부위로부터 펌프 채널 출구(7)의 반대편에 위치된 제 1 펌프 채널 섹션의 단부로 진행한다. 천이 덕트(233)가 펌프 채널 입구(6)의 반대편에 위치된 단부 앞에 위치된다는 사실 때문에, 펌프 채널(5)은 천이 덕트(233)의 부위에서 제 1 펌프 채널 섹션(펌프 채널 출구(7)로의 천이 덕트(233)의 시작)과 제 2 펌프 채널 섹션(펌프 채널 입구 반대편에 위치된 제 2 펌프 채널 섹션의 단부로의 천이 덕트(233)의 시작)으로 분할된다. 제 1 펌프 채널 섹션에서, 유체는 펌프 채널 출구(7)로 운반된다. 이 실시예에서, 유체를 위한 "데드 엔드(dead end)"를 형성하는 제 2 펌프 채널 섹션은 압력 보상을 위해 사용된다.
압력 보상은 다음과 같이 발생한다: 텀블링 공정의 제 1 주기적으로 반복하는 위상에서, 외부 제 2 펌프 채널 섹션에 있는 펌프 채널 입구(6)의 영역 및 펌프 채널 출구(7) 앞에 위치된 펌프 채널(5)의 내부 제 1 펌프 채널 섹션에 있는 영역은 동시에 밀봉된다. 도시된 실시예에서 반시계 방향으로 발생하는 전진 진동으로, 내부 제 1 펌프 채널 섹션의 반경이 외부 제 2 펌프 채널 섹션의 반경보다 작기 때문에 압축 위상이 따른다. 멤브레인(4)의 가요성의 결과로서, 적어도 부분적으로 멤브레인(4)의 변형을 통하여, 과잉 압력은 천이 덕트와 펌프 채널 입구(6)로부터 멀리 마주한 제 2 펌프 채널 섹션의 단부 사이의 제 2 펌프 채널 섹션을 통해 보상된다. 궁극적으로, 전진 진동으로, 천이 덕트(233)는 크로스되고(crossed), 멤브레인(4)의 변형은 제 1 펌프 채널 섹션에서 연속되고, 결과적으로 제 2 펌프 채널 섹션에서 형성된 과잉 압력이 해제될 수 있다. 바람직하게, 멤브레인(4)은 천이 덕트(233)가 도달될 때 천이 덕트(233)의 입구와 출구의 영역에서 동시에 압축된다. 이러한 방식으로, 제 2 펌프 채널 섹션으로부터 제 1 펌프 채널 섹션으로, 진동을 통해 변형되는 멤브레인(4)의 천이에서 유체의 불필요한 역류를 방지하는 것이 가능하다.
제 2 펌프 채널 섹션에서의 변형으로서, 멤브레인은 다른 재료 두께를 구비하고 및/또는 압력 보상이 최적화되는 것을 허용하는 다른 재료로 설계될 수 있다.
천이 덕트(233)는 그루브(23)가 위치되는 평면에 위치되는 베이스(2)의 평면에 형성된다. 그루브가 위치된 평면 아래의 평면에 위치된 공급 덕트(234)는 펌프 채널 출구(7)로부터 제 2 커넥터(16)로 통한다. 천이 덕트(233) 또는 공급 덕트(234)의 다른 실시예를 설계하는 것이 또한 가능하다.
대안적인 모델에서, 제 1 및/또는 제 2 펌프 채널 섹션은 원형 디자인 대신에 나선 형상 디자인을 가질 수 있다.
워블 디바이스는 바를 가지는 워블 디바이스(41) 또는 멤브레인 벌지와 함께 설계될 경우에 평면 접촉면을 가지는 디바이스(41)를 포함할 수 있다.
펌프 모듈(1)의 제 6 실시예에 따라서, 압력 측정 챔버(10)는 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7) 사이의 펌프 채널(5)의 영역에, 여기에서 제 1 내부 펌프 채널 섹션에 위치된다. 펌프 채널(5)은 측정 챔버로서 사용된다. 압력을 측정하기 위한 압력 측정 챔버(10)의 가요성 벽 섹션(11)은 펌프 채널(5)의 벽의 부분을 형성한다. 가요성 벽 섹션(11)은 멤브레인(4)의 반대편에 위치된다.
펌프 채널(5) 내부의 유체는 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)가 동시에 폐쇄될 때의 상황에서도 하류측 및 상류측에서 측정될 수 있다. 이러한 방식으로, 폐색, 배관 고장 또는 빈 백을 검출하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 압력 측정은 유체에서의 공기 거품, 특히 펌프 채널(5)의 크기 또는 이보다 큰 공기 거품을 검출하는 것을 가능하게 한다. 펌프 채널 입구와 펌프 채널 출구가 폐쇄될 때 펌프 채널(5)에 있는 유체의 충전 용적을 결정하는 것이 또한 가능하다.
대안적으로, 측정 챔버(10)는 펌프 채널(5)로부터 분리되고 공급 라인의 수단에 의해 펌프 채널(5)과 연결될 수 있다.
대안적인 제 7 실시예(다른 변형은 도 21 내지 도 23에 도시되어 있다)에서, 펌프 채널(5)은 유연하게 변형된 튜브(45)의 섹션에 의해 형성된다. 펌프 채널(5)은 양측부에서 직선 섹션 내로 합쳐지는 나선 형상 섹션을 각각 가지며, 두 직선 섹션은 서로 편심으로 배열된다. 내부 상에 위치된 튜브(45)의 직선 영역은 나선 형상 섹션 아래를 지나간다(도 23 참조). 이 실시예에서, 튜브(45)는 그 형태에 있어서 튜브(45)를 고정하는 강성 캐리어(33)의 그루브 형상 덕트에 배열된다. 예를 들어, 연동 가요성-튜브 펌프를 위해 통상 사용되는 탄력적인 유연하게 변형 가능한 튜브(45)를 사용하는 것이 가능하다.
이 실시예에 도시된 펌프 모듈(1)의 펌프 채널(5)은, 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7) 사이의 섹션에서, 0.1 ㎟ ≤ Q ≤ 10 ㎟, 바람직하게 0.5 ㎟ ≤ Q ≤ 2 ㎟의 범위에 있는 값을 포함하는 단면을 가진다. 또한, 펌프 채널(5)의 용적(VS)은 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7) 사이의 섹션에서, 1 ㎕ ≤ VS ≤ 500 ㎕, 바람직하게 10 ㎕ ≤ VS ≤ 100 ㎕의 범위에 있는 값을 포함한다. 베이스(2)와, 베이스(2)와 강성으로 연결되는 커버(3)는 최대 100 ㎜, 바람직하게 최대 50 ㎜, 특히 바람직하게 최대 25 ㎜의 길이 및 폭과, 최대 20 ㎜, 바람직하게 최대 10 ㎜, 특히 바람직하게 최대 5 ㎜의 두께를 함께 포함한다.
워블 펌프 구동 시스템(43) 외에, 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 멤브레인(4)을 압축할 수 있는 워블 디바이스(이미 기술된)를 포함한다. 동시에, 워블 디바이스(41)의 기하학적 형태는 펌프 채널(5)에 적합하다. 이러한 경우에, 워블 디바이스(41)는, 적어도 단면이 곡선이고 워블링(wobbling) 방식으로 멤브레인(4)을 변형하도록 진동될 수 있는 선 형상 바를 포함하며, 바(46) 뿐만 아니라 기술된 이 실시예에서 펌프 모듈(1)의 펌프 채널(5)은 진원 디자인과 다른 방식으로 설계된다.
대안적으로, 바(46)는 또한 원형 디자인을 가질 수 있으며, 이 경우에, 워블 디바이스(41)는 바람직하게 축방향 가동 방식으로 장착되거나, 또는 워블 디바이스(41)는 탄력적인 디자인을 가질 수 있다(도 37 참조).
바(46)는 워블 디바이스(41)의 디스크 형상 베이스(62)에 장착되고, 워블 디바이스는 이러한 방식으로 워블 플레이트로서 설계된다. 대안적으로, 펌프 모듈(1)이 벌지를 가지는 멤브레인(4)을 포함하는 경우에, 또한 워블 디바이스(41)는 평면의 압축 표면을 가지는 바 없이 설계될 수 있다.
워블 디바이스(41)의 제 1 실시예에 따라서, 바(46)는 원형 섹션(47), 제 1 직선 섹션(48) 및 제 2 직선 섹션(49)을 포함하며, 원형 섹션(47)은 제 1 직선 섹션(48)과 제 2 직선 섹션(49) 사이에 배열된다(도 3 참조). 바(46)의 코스(course)는 도 1, 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 펌프 모듈(1)의 제 1 실시예의 펌프 채널(5)의 코스에 일치한다. 바(46)는 완전히 원형 디자인을 가지지 않고, 제 1 직선 섹션(48) 및 제 2 직선 섹션(49) 사이의 섹션에서 오목하다. 오목부는 펌프 채널 출구(7)로부터 펌프 채널 입구(6)를 분리하는 펌프 모듈(1)의 바(26)를 메우는 목적을 가진다.
제 1 직선 섹션(48) 및 제 2 직선 섹션(49)에서, 바는 각각 둥근 혀의 형태로 종료한다. 이러한 혀 형상은 제 1 직선 섹션(48) 및 제 2 직선 섹션(49)의 단부 섹션들의 회복 수율(resilient yield)을 허용한다. 이러한 방식으로, 워블 디바이스(41)의 수단에 의해 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)의 영역에서 멤브레인(4)의 충격을 감소시키는 것이 가능하다.
기본적으로, 바(46)는 일정한 높이를 가지는 것으로서 설계될 수 있으며, 이는 여기에서 펌프 모듈(1)의 반대편 바(46)의 가장자리가 평면에 위치되는 것을 의미한다. 워블 디바이스(41)의 제 1 실시예에 따라서, 바(46)는 가변적인 높이로 설계되고, 즉 바(46)의 가장자리는 상호간의 평면(mutual plane)에 위치되지 않는다. 제 1 직선 섹션(48) 및 제 2 직선 섹션(49)의 영역에서, 바(46)의 높이는 굽어진 방식으로 감소된다(도 3에서의 점선(58)은 일정한 높이를 가지는 바의 코스를 도시한다). 그 결과, 진동 동안, 워블 디바이스(41)는 펌프 모듈(1, 제 1 실시예 참조)의 펌프 채널(5)의 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)를 동시에 단단히 압축하고, 그러므로 역류 문제를 방지하는 것이 가능하다. 바람직하게, 워블 디바이스(41)는, 예를 들어 펌프 모듈(1)의 방향으로 축방향 이동을 통하여, 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)가 단단히 밀봉되는 것을 보장하도록 유연하게 축방향 가동 방식으로 장착된다. 도 18 및 도 19는 워블 디바이스(41)의 이미 기술된 제 3 실시예의 2개의 모델을 도시한다. 이 실시예에서, 워블 디바이스(41)의 바(46)는, 양측부에서, 각각의 제 1 및 제 2 직선 섹션(61, 62)들이 연결되는 나선 형상의 섹션(59)을 포함하고, 제 1 및 제 2 직선 섹션(61, 62)들은 서로 평행하게 배열되어, 바(46)의 중첩을 유발한다. 바(46)의 코스는 펌프 모듈(1)의 제 5 실시예의 펌프 채널(5)의 코스에 일치한다(도 14, 도 15 참조). 나선 형상 섹션의 제 1 섹션에서, 바(46)는 코일의 중심으로부터 더욱 멀리 위치된 나선 형상 섹션의 제 2 섹션에서보다 높다(도 19 참조). 이 실시예에서, 바의 높이는 코일의 반경이 감소할 때 증가한다. 직선 섹션(61, 62)은 나선 형상 섹션에 부착된다. 바(46)가 중심에 근접한 영역에서 더 높다는 사실 때문에, 펌프 채널이 항상 단단히 압축되는 것을 보장할 수 있다.
도 20은 도 18 및 도 19에 도시된 워블 디바이스(41)의 제 2 실시예의 모델을 도시한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 가변 경사도를 가진 펌프 모듈(1)의 펌프 채널(5)을 설계하거나, 또는 진동 중심에 의존하여 멤브레인(4)의 크기 또는 그 벌지의 높이를 변경하는 것이 가능하다.
바람직하게, 워블 디바이스(41)의 바(46)는 강성체이다. 특히, 사용되는 재료는 플라스틱 재료 또는 심지어 금속을 포함할 수 있다. 바람직하에, 바(46)는 사출 성형된 부품이다. 특히, 바(46)는 워블 플레이트로서 설계되는 베이스(62)와 함께 단일 부재로 제조될 수 있다. 또한, 바는 강성 재료로 이루어질 수 있지만, 또한 반강성 재료로 이루어질 수 있다. 바(46)의 고유 가요성때문에, 멤브레인 또는 그루브 프로파일에 더욱 용이하게 적합화될 수 있으며, 이는 반경 및/또는 축방향 허용값 보상의 경우에 유리할 수 있다.
워블 플레이트로서 설계된 도 9에 도시된 워블 디바이스(41)의 평탄 실시예에서, 바람직하게, 베이스(62)는 반강성 몸체를 포함한다. 그 고유 가요성 때문에, 워블 플레이트의 축방향으로 탄력적인 가요성을 실현하는 것이 가능하다. 그 결과, 접촉 압력은 펌프 채널(5)의 주기적으로 회전하는 견고한 압력을 달성하도록, 특히 입구와 출구의 동시 폐쇄를 보장하도록 한정될 수 있다. 추가하여, 이러한 방식으로, 펌프 베이스 모듈과 펌프 모듈 사이의 축방향 허용값을 보상하는 것이 가능하다.
도 30 내지 도 37은 워블 펌프 베이스 모듈(40)과 펌프 모듈(1)을 포함하는 다른 워블 펌프 시스템을 도시한다.
워블 펌프 베이스 모듈(40)은 워블 펌프 구동 시스템(43)과 워블 펌프 디바이스(41)를 포함한다(예를 들어, 도 33 참조). 워블 펌프 구동 시스템(43)의 수단에 의해, 진동을 수행하도록 워블 펌프 디바이스(41)를 작동시키는 것이 가능하다. 또한, 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 워블 펌프 구동 시스템(43)과 워블 펌프 디바이스(41)가 배열되는 하우징을 포함하다. 하우징은 상부(63)와 저부(64)를 포함한다.
펌프 모듈(1)을 수용하도록, 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 용기(42)를 포함한다(또한 도 30 및 도 31 참조). 용기(42)는, 본 발명의 펌프 모듈(1)이 수동으로 용기(42)에 적용되거나 또는 삽입되고 펌프 모듈(1)이 용기(42)로부터 수동으로 제거될 수 있는 방식으로 설계된다. 이와 관련하여, 수동으로 삽입 또는 적용하는 것은 펌프 모듈(1)을 삽입 또는 제거하기 위한 임의의 공구를 사용하도록 요구되지 않는 것을 의미한다.
이 실시예에서, 용기(42)는 함몰부 또는 통(vat)의 형태로 설계된다. 용기(42)는 펌프 모듈(1)의 외부 형상에 일치하여서, 펌프 모듈(1)은 형태 끼워맞춤 방식으로 용기(42)에 수용될 수 있다. 이러한 것은 워블 디바이스(41)에 대해 펌프 모듈(1)을 정확하게 위치시키는데 유리하다. 이러한 경우에, 용기(42)는 펌프 모듈(1)의 직사각형 형상에 일치하는 직사각형 형상을 가진다. 펌프 모듈(1)과 용기를 위하여 다른 디자인을 사용하는 것이 명백히 또한 가능하다.
그 하부 부분에서, 용기(42)는 오목부를 가진다. 워블 디바이스(41)는, 워블 디바이스(41)가 용기(42)에 삽입된 펌프 모듈(1)과 활동적으로 연결될 수 있도록 상기 오목부의 영역에 배열된다. 바람직하게, 용기(42)와 워블 디바이스(41) 사이의 갭은 용기(42)에 들어간 유체가 예를 들어 부적절한 핸들링 또는 결함성 펌프 모듈(1)을 통해 펌프 베이스 모듈(40)의 하우징 내부 내로 불필요하게 유동하는 것을 방지하도록 가요성 멤브레인(65)의 수단에 의해 유체 기밀 방식으로 밀봉된다.
또한, 용기에 추가하여, 하우징(64)의 저부는 용기(42)로부터 외부로 오는 2개의 그루브 형상 덕트(65)를 포함한다. 펌프 모듈(1)의 양측부에서 외부로 오는 튜브의 섹션은 그루브 형상 덕트(65) 내로 삽입될 수 있다.
적어도 부분적으로 비대칭 방식으로 및 용기(42)와 일치하게 펌프 모듈(1)을 설계하는 것에 의해, 펌프 모듈(1)이 단지 한 방향으로 용기에 삽입될 수 있는 것이 보장될 수 있다. 이러한 방식으로, 부정확한 사용의 위험성을 감소시키는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 펌프 모듈(1)의 튜브 노즐(15, 16)은 중심에 배열되지 않고, 펌프 모듈(1)의 중심으로부터 편심된다.
용기(42)는 하우징의 부분으로서 설계될 수 있다. 실시예에서, 용기(42)는 하우징(64)의 저부에 의해 형성된다.
또한, 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 펌프 모듈(1)을 용기(42)에서 적소에 고정시킬 수 있는 고정 디바이스를 포함한다. 고정 디바이스는 수동으로, 즉 공구의 사용없이 동작될 수 있으며, 이는 고정 디바이스가 간단하고 복잡하지 않은 방식으로 동작될 수 있다는 것을 의미한다.
이 실시예에서, 고정 디바이스는 커버(44)를 포함한다. 커버(44)는 하우징에, 여기에서 하우징(64)의 저부에 힌지 연결된다. 용기(42)는 커버(44)의 수단에 의해 폐쇄될 수 있다. 커버(44)가 폐쇄될 때, 커버(44)는 형태 끼워맞춤 방식으로 용기(42)에 있는 적소에 펌프 모듈(1)을 고정한다(예를 들어, 도 22 및 도 23 참조). 커버(44)가 개방될 때, 펌프 모듈(1)은 용기(42)로부터 수동으로 제거된다.
그 폐쇄된 위치에 커버(44)을 고정하기 위하여 공지의 디바이스를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 스넵-온(snap-on), 래치 또는 임의의 다른 록킹 메커니즈을 사용하는 것이 가능하다. 커버는 펌프가 동작되는 동안 커버(44)가 개방되는 것을 방지하도록 자동으로 제어되는 록킹 시스템(가능한 추가하여)의 수단에 의해 또한 고정될 수 있다.
또한, 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 밸브 액추에이터를 포함한다. 밸브 액추에이터는 펌프 모듈(1)이 적용되거나 또는 삽입되고 그러므로 밸브 몸체(14)를 동작 위치로 가져올 때 펌프 모듈(1)의 밸브 유닛(12)의 제 1 가요성 벽 섹션을 변형시키는 방식으로 설계된다.
이 실시예에서, 밸브 액추에이터는 강성의 돌출 볼트(51)에 의해 설계된다(도 32 참조). 볼트(51)는 용기(42)의 하부에 완고하게 배열된다. 볼트(51)는 펌프 모듈(1)의 함몰부(21)에 결합하도록 설계된다(도 24 참조). 펌프 모듈(1)이 삽입될 때, 볼트는 함몰부(21)에 결합되고, 제 1 가요성 벽 섹션(13)을 변형시키며, 그러므로 밸브 몸체(14)를 동작 위치에 가져온다. 제 1 가요성 벽 섹션(13) 및 함몰부(21)의 디자인에 의존하여, 밸브 액추에이터는 다른 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어, 이것은 바로서 설계될 수 있거나, 또는 함몰부 또는 상승부를 가진 평탄부로 설계되는 대신에, 멤브레인(13)은 펌프 모듈(1)이 삽입될 때 멤브레인(13)의 상승부가 결합하는 함몰부 또는 오목부를 이 포함한다.
대안적으로, 강성 볼트 또는 바(도시되지 않음)와 같은 강성 돌기 대신에, 밸브 액추에이터로서 가동성 돌기를 제공하는 것이 또한 가능하다. 이러한 방식으로, 예를 들어 오직 펌프가 동작을 위해 작동되어야 할 때, 필요한 시간에 개방하기 위해 밸브 몸체(14)를 작동시키는 것이 가능하다. 펌프 동작이 종결될 때, 돌기는 후퇴되고 밸브 몸체(14)는 그 아이들 위치로 복귀할 수 있다. 예를 들어, 철수되거나 또는 후퇴될 수 있는 돌기는 볼트 또는 바로서 또한 설계될 수 있다.
추가적으로, 밸브 액추에이터(51)는 펌프 모듈(1)을 위한 위치선정 보조물 및 펌프 모듈(1)이 용기에 정확하게 삽입되는 것을 보장하는 보조물로서 사용될 수 있다.
워블 펌프 베이스 모듈(40)은 밸브 몸체(14)가 동작 위치로 이동할 때 펌프 모듈(1)의 밸브 유닛(12)의 제 2 가요성 벽 섹션(20)이 그 안으로 빠져나갈 수 있는 오목부(52)를 포함한다. 이 실시예에서, 오목부(52)는 커버(44)에 배열된다(도 30 내지 도 32 참조). 이러한 방식으로, 평탄하고 작은 부품으로서 펌프 모듈(1)을 설계하는 것이 가능하다.
또한, 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 압력 센서(66)를 포함한다(도 32 참조). 압력 센서(66)는 압력 측정 챔버(10)의 가요성 벽 섹션(11)의 변형의 수단에 의해 값을 결정하는 방식으로 설계되고, 이 값은 압력 측정 챔버(10) 내부의 압력을 반영한다. 이러한 압력 센서(66)는 당업자에게 널리 공지되어 있다. 이 실시예에서, 압력 센서(66)는 워블 펌프 베이스 모듈(40)의 하우징에 배열된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 압력 센서(66) 또는 추가의 압력 센서는 상기된 바와 같은 펌프 채널(5)에서의 압력을 측정하도록 펌프 모듈(1)의 멤브레인(4)과 접촉할 수 있다.
추가하여, 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 사전인장 디바이스(56)를 포함한다(예를 들어, 도 33 참조). 사전인장 디바이스(56)는 워블 디바이스(41)가 용기(42)에 수용된 펌프 모듈(1)에 대해 유연하게 사전인장되는 방식으로 설계된다.
워블 디바이스(41)가 펌프 모듈(1)에 대해 탄력적으로 사전인장된다는 사실 때문에, 워블 디바이스(41)와 펌프 모듈(1) 사이에서 한정된 위치를 달성하는 것이 가능하고, 및/또는 펌프 모듈(1)은 펌프 모듈(1)의 멤브레인(4) 상에서 충분한 접촉 압력을 발휘한다. 이러한 방식으로, 펌프의 특성이 변하지 않거나, 또는 펌프 모듈이 교환될 때 단지 최소로 변하는 것을 보장할 수 있다. 축방향 허용값을 보상하는 것이 또한 가능하다.
이 실시예에서, 워블 디바이스(41)는 사전인장 디바이스(56)에 의해 축방향으로 사전인장된다. 따라서, 워블 디바이스(41)는 축방향으로 이동가능하게 장착된다(축에 의해 도 33에 도시됨). 사전인장 디바이스(56)는, 펌프 모듈(1)이 용기(42)에 삽입되지 않았을 때 워블 디바이스(41)가 용기 내로 연장하는 시작 위치로 리미트 스톱(limit stop;83)까지 워블 디바이스(41)를 가압한다. 축(67)은 용기(42)의 저부 부분에 대하여 수직 위치를 가진다. 그 결과, 워블 디바이스(41)의 바(56)는 용기(42) 내로 연장한다. 펌프 모듈(1)이 삽입될 때, 바(56)는 펌프 모듈(1)의 멤브레인(4)과 접촉하게 되고, 압축 지점에서 멤브레인(4)을 밀봉한다. 펌프 모듈(1)이 완전히 삽입될 때, 워블 디바이스(41)는 하우징의 방향으로 펌프 모듈(1)을 통해 사전인장에 대해 가압된다.
이 실시예에서, 사전인장 디바이스(56)는 워블 디바이스(41)와 함께 워블 펌프 구동 시스템(43)을 사전인장시키는 여러 개의 스프링(69)을 포함한다. 워블 디바이스(41)가 용기(42)를 향해 기울지 않거나 또는 단지 약간 기울어지는 것을 보장하도록, 워블 디바이스(41)가 연결되는 워블 펌프 구동 시스템(43)은 여러 개의 가이드 핀(70)들 상에 장착된다. 사전인장 디바이스(56)는 워블 펌프 베이스 모듈(40)의 하우징, 여기에서 하우징(64)의 저부와 견고하게 연결된다.
추가의 실시예(도시되지 않음)에 따라서, 사전인장 디바이스는 펌프 베이스 모듈(40)의 커버(44)에 통합된다. 사전인장 디바이스는 펌프 모듈(1)이 용기(42)에 삽입되고 커버(44)가 폐쇄될 때 펌프 모듈(1) 상에 압력을 발휘하는 방식으로 설계된다. 그 결과, 펌프 모듈(1)은 워블 디바이스에 가압된다. 결과적으로, 펌프 모듈(1)은 커버(44)가 폐쇄될 때 사전인장된다.
더욱이, 축(67)을 따르는 워블 디바이스(41)의 축방향 사전인장은 펌프 동작 동안 워블 디바이스(41)가 진동에 추가하여 축방향으로 중첩 운동을 수행할 수 있는 것을 가능하게 한다. 펌프 모듈(1)이 워블 디바이스(41)에 대해 축방향으로 사전인장될 때 동일하게 적용한다. 펌프 모듈(1)과 워블 디바이스(41)의 특정 모델에 대하여, 이러한 것은 펌프 채널(5)의 확실한 주기적으로 순환하는 압축, 특히 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)의 단단한 동시 폐쇄를 허용한다. 또한, 워블 디바이스(41)는 위치선정 보조물(57)을 포함한다. 위치선정 보조물(57)은 모터 샤프트의 연장부 상에서 워블 디바이스(41)를 집중시키는 방식으로 설계된다. 펌프 모듈(1)의 대응하는 용기 또는 오목부는 워블 디바이스(41)의 축방향 이동을 허용한다. 이 실시예에서, 워블 디바이스(41)는 중앙의 돔 형상 돌기를 포함한다. 펌프 모듈(1)은 펌프 모듈이 용기(42)에 삽입될 때 위치선정 보조물이 결합하는 대응 S자형 함몰부(22)를 포함한다. 바람직하게, 워블 디바이스의 가요성을 보장하고 마찰 손실을 피하도록 위치선정 보조물(57)과 펌프 모듈(1) 사이에는 직접적인 접촉이 없다.
워블 펌프 구동 시스템(43)의 수단에 의해, 워블디바이스(41)는 진동으로 설정된다. 도 33 내지 도 36은 워블 펌프 구동 시스템(43)의 상이한 실시예를 가진 워블 펌프 베이스 모듈(40)을 도시한다.
워블 펌프 구동 시스템(43)은 모터(69)를 포함하고, 구동 샤프트(70)는 모터의 수단에 의해 회전으로 설정될 수 있다. 구동 샤프트(70)는 축(67)을 중심으로 회전된다. 회전 공정은 변속 메커니즘의 수단에 의해 워블 디바이스(41)의 진동으로 변환된다.
바람직하게, 모터는 전기 모터, 예를 들어 직류 모터, 스텝 모터 또는 피에조모터(piezomotor)를 포함한다. 바람직하게, 하나 또는 여러 개의 배터리가 워블 펌프 베이스 모듈(40)에 위치된 모터(도시되지 않음)를 위한 에너지 공급을 위해 사용된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 외부 에너지 공급을 사용하는 것이 가능하다.
제 1 실시예(도 33에 도시된)에서, 워블 펌프 구동 시스템(43)은 전달 요소(71)를 포함한다. 볼 베어링(73)에 의해, 전달 요소(71)는 또한 모터(69)가 위치되는 캐리어에 스위블 장착된다(swivel-mounted). 전달 요소(71)는 구동 샤프트(70)에 견고하게 연결되어서, 구동 샤프트(70)의 회전 운동을 따른다.
전달 요소(71)는 측면 핀(74)을 포함한다. 핀(74)은 그 축에서 축(74)을 향해 경사진다. 핀(74)의 경사 각도는 90°에서 텀블링 각도(68)를 뺀 것에 일치한다. 텀블링 각도(68)는 축(67)을 향한 워블 디바이스(41)의 각도를 결정한다.
볼 베어링(75)은 핀(74) 상에 배열된다. 볼 베어링(75)의 외부 가장자리는 워블 디바이스(41)의 배면측 가장자리에 얹혀있다.
워블 디바이스(41)는 전달 요소(71) 내에서 볼 베어링(76)의 수단에 의해 스위블 장착되는 중앙 핀(77)에 의해 적소에서 유지된다. 동시에, 중앙 핀(77)은 워블 디바이스(41)의 중앙 오목부(78)에 느슨하게 결합한다. 중앙 핀(77)의 회전축은 축(67)에 대응한다. 볼 베어링 중앙 핀(77)은 회전하지 않고, 이는 오목부(78)에서 마찰 손실을 최소화한다. 워블 디바이스(41)의 오목부(78)는 그 형상 때문에 워블 디바이스(41)가 중앙 핀(77)을 향하여 충분히 기울어지는 것을 가능하게 한다. 대안적으로, 중앙 핀(77)과 워블 디바이스(41)를 견고하게 연결하는 것이 가능하고, 워블 디바이스(41)는 중앙 핀(77)을 향해 사전 결정된 경사를 취한다.
구동 샤프트(70)의 회전은 회전축(67)을 중심으로 한 핀(77)의 회전을 유발한다. 핀(77)에 배열된 볼 베어링(75)은 워블 디바이스의 외부 가장자리에서 구르지 않으며, 핀(77)의 경사의 결과로서 워블 디바이스(41)를 회전으로 설정한다.
워블 디바이스(41)의 대칭 축은 텀블링 각도(68)만큼 회전축(67)을 향해 경사진다. 이 실시예에서, 워블 디바이스를 집중시키는 것이 매우 용이한 이점이 있으며, 워블 디바이스는 여기에서 워블 플레이트로서 설계된다.
실시예의 변형(도 34에 도시된)에서, 워블 디바이스(41)는 워블 디바이스(41)의 대칭 축을 중심으로 중추적으로 위치되는 2개의 볼 베어링(78)의 수단에 의해 전달 요소(71)에 스위블 장착된다. 2개의 볼 베어링(78)은 워블 디바이스(41)로부터 전달 요소(71)의 회전 운동을 분리시킨다. 이 실시예에서, 워블 디바이스(41)의 정렬은 사전 결정된다.
실시예의 상이한 모델(도 35에 도시된)에서, 전달 요소는 제 1 핀(74)에 추가하여 핀(79)을 포함한다. 핀(79)은 축(67)의 반대측 상에서 제 1 핀(74)에 대해 동일 선상에 배열된다. 제 2 볼 베어링(75)은 제 2 핀(79) 상에 배열된다. 볼 베어링(75)의 외부 가장자리는 또한 워블 디바이스(41)의 가장자리에 얹혀있다. 구동 샤프트(70)의 회전을 통하여, 핀(74, 79)들 상에 배열된 2개의 볼 베어링(75)은 워블 디바이스(41)의 외부 가장자리의 반대 위치들에서 구르지 않고, 이는 워블 디바이스(41)를 진동으로 설정한다. 도 33에 도시된 실시예와 비교하여, 이러한 방식으로, 진동을 안정화하는 것이 가능하다.
실시예의 추가의 모델(도 36에 도시된)에서, 전달 요소(71)의 경사진 핀(74)과 볼 베어링은 자석(80)으로 교체된다. 워블 디바이스(41)는 자석(80)을 마주하는 워블 디바이스의 배면측 상에 배열된 링 형상 자석(81)을 포함한다. 전달 요소(71)의 자석(80)은 상기 각도의 섹션으로 제한된다. 전달 요소(71)를 회전시키는 것에 의해, 자석(80)은 워블 디바이스(41)의 링 형상 자석(81) 위에서 움직인다. 자석(80, 81)들은 서로 반대인 극으로 배열되어서, 자석(80, 81)들은 서로 접촉한다. 자석(80, 81)들의 밀어내는 효과 때문에, 워블 디바이스(41)는 전달 요소(71)의 자석(80)의 회전의 수단에 의해 진동으로 설정된다. 이 실시예에서, 마찰 손실이 최소화되는 이점이 있다. 워블 디바이스는 중앙 핀(77)의 수단에 의해 집중된다.
추가의 모델(도 37에 도시된)에서, 워블 디바이스(41)는 평탄, 반강성 및 유연하게 변형 가능한 워블 플레이트의 형태로 설계된다.
워블 디바이스(41)가 탄력적이라는 사실 때문에, 충분한 접촉 압력이 전체 펌프 사이클 동안 삽입된 펌프 모듈(1)의 멤브레인(4) 상에 발휘되는 것을 보장하는 것이 가능하다.
이러한 경우에, 워블 디바이스(41)는 사전인장 디바이스(56)에 의해 탄력적으로 사전인장된다. 그러나, 대안적으로, 이러한 사전인장 디바이스(56)를 포기하는 것이 가능하다.
또한, 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 가요성 지지 플레이트(82)를 포함한다. 지지 플레이트(82)는 용기(42), 여기에서 용기(42)의 저부 부분에 배열된다. 용기(42)에 삽입된 펌프 모듈(1)과 커버(44) 사이에 존재하는 허용값은 지지 플레이트(82)의 가요성을 통해 보상될 수 있고, 커버(44)는 강성 디자인을 가진다. 그 결과, 펌프 모듈(1)은 사전인장 디바이스(56)에 의해 커버에 확고하게 가압되고 적극적으로 위치된다. 사전인장 디바이스(56)에 의해 만들어지는 워블 디바이스(41)의 축방향 진폭은 펌프 모듈(1)의 최대 허용 가능한 축방향 가요성보다 크다. 그 결과, 멤브레인(4)이 단단히 압축되는 것이 보장될 수 있다.
기본적으로, 실시예에서 사용되지 않은 볼 베어링(73, 75, 76, 78)의 수를 변경하는 것이 가능하다. 여러 개의 볼 베어링을 사용하는 것에 의해, 움직임을 보다 정확하게 한정하거나 또는 안정화하는 것이 가능하다. 볼 베어링의 수를 감소시키는 것은 콤팩트하고 중량 절약 구조를 가지는 측면에서 유리하다.
도 38a 내지 도 38c는 비조립 및 조립된 상태에 있는 펌프 모듈(1)의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 38a는 멤브레인(4)과 함께 펌프 채널(5)을 형성하는 링 형상 오목부 또는 그루브(23)를 가진 베이스(2)를 도시한다. 이것은 또한 제 1 커넥터(15), 펌프 채널 입구(6), 펌프 채널 출구(7) 및 제 2 커넥터(16)를 도시한다. 추가의 오목부(24 또는 25)는 제 1 커넥터(15)와 제 2 커넥터(16) 사이에 배열되고, 오목부는 가요성 벽 섹션을 수용하기 위해 제공된다. 점선은 펌프 채널 입구(6) 및 펌프 채널 출구(7)로부터 제 1 및 제 2 커넥터(15 또는 16)로의 천이를 나타낸다.
또한, 도 38a는 베이스(2)에 있는 오목부(23)와 함께 링 형상 펌프 채널(5)을 형성하는 멤브레인(4)을 구비한 커버(3)를 도시한다. 벌지(보이지 않음)는 멤브레인(4)의 표면 상에 배열된다. 기본적으로, 멤브레인 또는 멤브레인의 적어도 표면은 특히 적어도 섹션에서 볼록 디자인을 가진다. 이러한 디자인은 워블 디바이스(41)가 멤브레인(4)을 가능한 고르게 압축하는 것을 보장한다. 추가하여, 커버(3)는 추가의 오목부(24 또는 25)와 함께 밸브 유닛(12) 또는 압력 측정 챔버(10)를 형성하는 가요성 벽 섹션(11 또는 13), 예를 들어 멤브레인을 지지한다.
도 38b는 조립된 상태로 있는 일회용 펌프 모듈(1)을 도시한다. 도 38c는 워블 디바이스(41) 또는 워블 플레이트(41)와의 상호 작용을 도시한다. 펌핑의 공정을 위하여, 워블 플레이트(41)의 바는 링 형상의 펌프 채널(5)에 결합하거나 또는 상부로부터 멤브레인(4)을 가압한다(도시되지 않음). 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7) 사이의 영역에서, 바(46)는 바(26)와 연결되는 중단부(interruption)를 포함한다.
한 실시예에서, 펌프 모듈(1)은 4 ㎝ x 4 ㎝보다 작은 측면 측정치에 의해 제조될 수 있다. 회전당 펌프 용적은 10 내지 50, 바람직하게 20 내지 30 마이크로리터의 범위에 있을 수 있다. 현재, 대략 200 ㎖/h까지의 펌프 용적 및/또는 25 L까지의 전체 펌핑 가능한 용적이 본 발명의 워블 펌프의 수단에 의해 달성될 수 있다. 이전에 검사된 압력 영역에서, 펌프 모듈(1) 및/또는 펌프 모듈(1)을 수용하는 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 펌프 채널 입구(6) 및/또는 펌프 채널 출구(7)에서 압력 변동에 대해 아주 예민하다. 예를 들어, 현재, 1000 mbar까지 0 bar 보다 높은 펌프 채널 출구(7)에서 가변적인 배압과 함께, 대략 3%보다 낮은 편차를 가지는 유량을 달성하는 것이 가능하다. - 100 mbar 내지 + 100 mbar의 범위에서 펌프 채널 입구(6)에서의 가변적인 압력과 함께, 대략 5%보다 낮은 편차를 가지는 유량을 달성하는 것이 가능하다. 펌프 모듈(1)이 저렴한 비용으로 제조될 수 있다는 사실 때문에, 펌프 모듈은 바람직하게 일회용 물품으로서 제공될 수 있다.
이전에 기술되고 도 3에서 예시적인 방식으로 도시된 바와 같이, 일정한 높이를 가지는 워블 디바이스(41)의 바(46)를 설계하는 것이 가능하다. 이전의 기술은 또한, 워블 디바이스(41)가 변하는 높이, 바람직하게 증가하는 높이를 가지는 바(46)와 함께 설계될 수 있다. 이러한 경우에, 바(46)의 가장자리는 상호간의 평면에 위치되지 않는다.
가변 높이를 가진 바(46)를 가지는 워블 디바이스(41)의 추가 실시예에서, 바(46)는 경사로(46a)의 형태를 제공한다. 이러한 것은 도 39a 및 도 39b에 예시된다. 이러한 목적을 위하여, 도 39b는 도 39a에 도시된 워블 플레이트(41)의 가교 영역의 확대도를 도시한다. 보다 양호한 가시성을 위하여, 두 도면에서 경사로(46a)는 축척에 따라서 도시되지 않았다. 펌프 모듈(1)과 결합된 바(46)의 가장자리는 평면에 위치되지 않는다. 바람직하게, 바의 높이는 연속적으로 증가한다. 경사로(46a)가 형성된다. 동시에, 증가는 워블 플레이트(41)의 원주 전역에서 변한다. 예를 들어, 이것은 증가 또는 감소하거나 또는 일정하게 유지할 수 있다. 바(46)의 움푹 들어가거나(deep-set) 또는 긴 섹션(46c, 워블 디바이스(41)의 베이스(62)에 대하여)은 펌프 모듈(1)의 펌프 채널 출구(7)와 결합된다. 바(46)의 볼록 나오거나(high-set) 또는 짧은 섹션(46b, 워블 디바이스(41)의 베이스(62)에 대하여)은 펌프 모듈(1)의 펌프 채널 입구(6)와 결합된다(도 38c 참조). 진동 동안, 워블 플레이트(41)는 바(46)에 있는 중단부가 베이스에 있는 바(26)를 따라서 진행할 때 아래로 기울어진다. 그 결과, 진동 동안, 워블 디바이스(41)가 펌프 모듈(1)의 펌프 채널 입구(6)와 펌프 채널 출구(7)를 동시에 단단히 폐쇄하거나 압축하는 것이 가능하다. 그 결과, 역류 문제를 방지하거나 또는 적어도 감소시키는 것이 특히 가능하다.
경사로(46a)의 디자인 때문에, 워블 프레이트(41)가 계속 진동할 때 펌프 채널 출구(7)가 개방되는 한편, 펌프 채널 입구(6)가 여전히 폐쇄되거나, 또는 펌프 채널(5)에서 압력이 만들어지지 않는 것이 방지된다. 경사로(46a)는, 펌프 채널(5)에서의 낮은 압력으로부터 유발되고, 그러므로 펌프 채널 출구(7)의 수단에 의해 펌프 채널(5) 내로의 소위 "역류"가 일어나게 하는, 워블 플레이트가 계속 진동하고 펌프 채널 출구(7)가 갑자기 개방되지 않을 때 워블 플레이트가 갑자기 들려지지 않는 효과를 가진다. "역류"는 펌프 채널 출구(7)에서 유체의 불필요한 유입을 나타낸다.
경사로(46a)의 두 섹션(46b 및 46c) 사이의 높이차(ΔH)는 도 39b에서 이중 화살표로 지시된다. 바람직하게, 높이차(ΔH)는 대략 1/100 ㎜ 내지 대략 1 ㎜, 바람직하게 대략 1/10 ㎜ 내지 대략 3/10 ㎜의 범위에 있다. 결과적으로, 경사로(46a)에서의 증가는 대략 1/100 ㎜ 내지 대략 1 ㎜, 바람직하게 대략 1/10 ㎜ 내지 대략 3/10 ㎜의 범위에 있으며, 워블 플레이트(41)의 원주 전체에 걸쳐서, 특히 대략 300°내지 360°의 각도 범위 전체에 걸쳐서 분포된다. 경사로(46a)는 바(46) 또는 바의 가장자리에서 재료 제거(도 39a 및 도 39에 도시된)에 의해 및/또는 바(46) 또는 바의 가장자리에서 재료 피복에 의해 제공될 수 있다. 대안 또는 추가로서, 경사로(46a)는 멤브레인(4) 상에서 재료 제거에 의해 및/또는 재료 피복에 의해 또한 제공될 수 있다. 추가의 대안 또는 추가로서, 경사로를 구비한 펌프 모듈(1)의 펌프 채널(5)을 설계하는 것이 또한 가능하다.
경사로(46a)의 수단에 의해, 역류를 방지하거나 또는 적어도 감소시키는 것이 가능하다. 이에 관하여, 도 40a 및 도 40b는 경사로(46a)를 구비한 펌프 성능 및 경사로(46a)를 구비하지 않은 펌프 성능을 포함하는 계산을 보인다. 각각의 펌프 용적은 펌프 사이클에 대한 시간의 함수로서 도시된다. 도시된 2개의 곡선은 펌프 채널 입구(6, "유입 곡선") 및 펌프 채널 출구(7. "유출 곡선")에서의 펌프 성능을 기술한다. 양의 값은 펌프 채널(5) 내로 펌핑된 용적("유입 곡선"), 또는 펌프 채널(5)로부터 외부로 펌핑된 용적("유출 곡선"을 기술한다. 음의 값은 펌프 채널로부터 외부로 펌핑된 용적("유입 곡선") 또는 펌프 채널(5) 내로 펌핑된 용적("유출 곡선")을 기술한다. 이러한 경우에, 펌프 채널 출구(7)에서 유체의 불필요한 유입 또는 유출, 특히 소위 "외부 역류(backflow out)"가 불필요하다. 도 40a는 1.7마이크로리터의 결과적인 "외부 역류"와 함께 경사로(46a)가 없는 펌프 성능을 도시한다. 도 40b는 결과적인 보다 낮은 또는 기본적으로 억제된 역류와 함께 경사로(46a)가 있는 펌프 성능을 도시한다.
바와 오목부를 가지는 워블 디바이스(41, 도 33 내지 도 40에 도시된) 대신에, 평면의 접촉면(도 9에 도시된)을 가지는 워블 디바이스(41)를 대안적으로 사용하는 것이 가능하다. 결과적으로, 펌프 모듈(1)은 원환체 멤브레인(4)과 함께 설계된다.
워블 펌프 베이스 모듈(40)과 펌프 모듈(1)은 유체를 펌핑하기 위한 워블 펌프 시스템을 함께 형성한다. 펌프 모듈(1)과 워블 펌프 베이스 모듈(40)은 호환 가능하게 만들어지고, 특히 워블 펌프 베이스 모듈(40)의 워블 디바이스(41)와 펌프 모듈(1)의 펌프 채널(5)과, 그리고 펌프 모듈(1)의 형태와 워블 펌프 베이스 모듈(40)의 용기(42)의 형태와 호환 가능하게 만들어진다. 이러한 워블 펌프 시스템은 운반된 유체에 의해 오염된 펌프의 부품들이 펌프 모듈을 변경하는 것에 의해 간단한 방식으로 아주 신속하게 교체될 수 있는 한정된 펌프 특성을 구비한 펌프를 나타낸다. 펌프 모듈(1)은 일회용 물품("일회용")으로서 저렴한 방식으로 콤팩트한 구조로 제조될 수 있다. 특히 특별한 적용을 위하여, 펌프 모듈(1)은 튜브 세트 또는 운반 시스템에 통합될 수 있다.
추가하여, 펌프 모듈(1)은 유체의 불필요한 역류가 운반되는 것을 방지하는 일방향 밸브를 포함할 수 있다. 일방향 밸브는 펌프 채널 출구(7)의 뒤 또는 펌프 채널 입구(6)의 앞에 펌프 방향으로 배열될 수 있다. 특히, 펌프 채널 출구(7)의 뒤 뿐만 아니라 펌프 채널 입구(6)의 앞에 배열되는 적어도 2개의 일방향 밸브를 제공하는 것이 가능하다. 바람직하게, 일방향 밸브는 제 1 커넥터(15)와 펌프 채널 입구(6) 사이 및/또는 제 2 커넥터(16)와 펌프 채널 출구(7) 사이에 위치된다. 예를 들어, 적어도 하나의 일방향 밸브는 가요성 멤브레인 플랩(flap)으로서 설계될 수 있다. 이러한 멤브레인 플랩은 당업자에게 널리 공지되어 있다. 바람직하게, 일방향 밸브는 베이스(2) 및/또는 커버(3) 및 가요성 멤브레인에 의해 형성된다.
본 발명의 펌프 모듈(1)은 저렴하고 튼튼한 방식으로 제조될 수 있다. 적어도 멤브레인(4)과 베이스(2)로 펌프 채널(23)을 설계하는 것에 의해, 한정되고 재생 가능한 측정치를 가진 펌프 채널(23)을 제조하는 것이 가능하다. 주기적으로 순환하는 멤브레인 변형의 수단에 의해, 생산 속도에서 높은 정확성을 달성하는 것이 가능하다. 워블 디바이스를 가진 본 발명의 펌프 모듈(1)을 사용하면, 멤브레인(4)을 변형시키는 몸체들과의 구름 또는 슬라이딩 접촉이 없기 때문에, 멤브레인(4)의 기계적인 응력이 최소화되는 이점을 가진다. 펌프 모듈(1)이 저렴하고 재현 가능한 방식으로 제조될 수 있다는 사실 때문에, 본 발명의 펌프 모듈(1)은 단지 단일 사용을 위해 의도된 일회용 물품("일회용")이라 부른다.
상기된 펌프 모듈(1), 워블 펌프 베이스 모듈(40) 및 워블 펌프 시스템의 실시예는 특히 의료 분야에서 사용될 수 있다. 이러한 디바이스는 예를 들어 중화액을 펌핑하기 위한 장관내 펌프로서 또는 약물을 정맥주사로 주입하기 위한 주입 펌프로서 사용하는데 특히 바람직하다. 다른 적용을 위하여 이것들을 사용하는 것이 또한 가능하다.

Claims (5)

  1. 워블 펌프 구동 시스템(43), 워블 디바이스(41), 펌프 모듈(1)을 위한 용기(42), 및 사전인장 디바이스(56)를 포함하는 워블 펌프 베이스 모듈(40)로서,
    상기 사전인장 디바이스(56)는 상기 워블 디바이스(41)에 대해 상기 용기(42)에 수용된 상기 펌프 모듈(1)을 유연하게 사전인장시키는, 워블 펌프 베이스 모듈(40).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사전인장 디바이스(56)는 상기 펌프 모듈(1)의 용기(42)에 대해 상기 워블 디바이스(41)를 사전인장시키는, 워블 펌프 베이스 모듈(40).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 워블 디바이스(41)는 회전축(67)을 따라서 축방향 가동 방식으로 장착되는, 워블 펌프 베이스 모듈(40).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    커버(44)를 추가로 포함하며, 상기 커버에 의해서 상기 용기(42)와, 상기 용기(42)에 수용된 펌프 모듈이 폐쇄될 수 있고, 상기 사전인장 디바이스는 상기 커버(44)에 적어도 부분적으로 통합되어서, 상기 펌프 모듈은 상기 커버(44)가 폐쇄될 때 사전인장되는, 워블 펌프 베이스 모듈(40).
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 워블 펌프 베이스 모듈(40) 및 펌프 모듈(1)을 포함하는 워블 펌프 시스템으로서,
    상기 펌프 모듈(1)은 베이스(2)와 유연하게 변형 가능한 멤브레인(4)을 포함하며, 상기 베이스(2)와 상기 멤브레인(4)은 선 형상 펌프 채널(5)을 형성하고, 상기 멤브레인(4)의 워블링 변형(wobbling deformation)을 통해, 유체가 상기 펌프 채널(5)을 통해 펌핑될 수 있는 방식으로 상기 선 형상 펌프 채널은 적어도 단면이 곡선이며, 상기 펌프 모듈(1)은, 상기 펌프 모듈(1)과 상기 워블 디바이스(41)가 상기 사전인장 디바이스(56)를 통해 서로 탄력적으로 가압되는 방식으로 상기 워블 펌프 베이스 모듈(2)의 용기(42)에 수용되는, 워블 펌프 시스템.
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