用于隔膜流体泵的驱动装置和操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于隔膜流体泵的驱动装置，包括：工作泵，该工作泵为了驱动隔膜流体泵而通过压力管线连接到隔膜流体泵，且该工作泵具有空心缸和工作活塞，该工作活塞能在该空心缸中在两个换向点之间来回轴向运动以增减工作泵中的与压力管线处于压力交换连通的工作室，用于控制该工作活塞在换向点之间运动的控制单元，其特征是，该工作活塞的受控运动包括三个时间接续的阶段，其中，在第一阶段中该工作活塞被加速到大于第一阶段结束时的速度的速度，在第二阶段中如此移动该工作活塞，即该工作活塞的预定速度、该工作室中的预定相对压力或该工作活塞的预定力保持基本恒定，而在第三阶段中该工作活塞以负加速度运动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于隔膜流体泵的驱动装置和操作方法本专利技术涉及用于隔膜流体泵的驱动装置、分别包含这种驱动装置的泵系统和心脏辅助系统以及用于操作该驱动装置的方法。在现有技术中已经知道用于隔膜流体泵的驱动装置，其被用作用于心脏辅助系统中的隔膜血泵的驱动装置。所述驱动装置具有气压缸，其通过压力管线连接到隔膜血泵。在气压缸内，活塞可在两个换向点之间来回摆动运动。活塞运动减小或增大气压缸内的与压力管线处于压力交换连通的工作室的容积。工作室还具有平衡阀，工作室通过该平衡阀连通至环境以进行空气交换。借助该阀，当工作室内相对压力为负时可以吸入空气，而当相对压力为正时可以排放空气。活塞通过被电动机驱动的轴杆被移动。尤其已经知道被用于从60毫升输送容积起的大型血泵的驱动装置。因此，本专利技术的任务是提供一种新型的用于隔膜流体泵的驱动装置，它也特别适用于小型隔膜流体泵。此外，应该提供一种用于操作驱动装置的相应方法、一种相应的泵系统以及一种包含该驱动装置的相应的心脏辅助系统。该任务通过一种根据权利要求1的驱动装置、一种根据权利要求13的泵系统、一种根据权利要求14的心脏辅助系统以及一种根据权利要求15的用于操作该驱动装置的方法完成。在从属权利要求2至12和16至24中分别说明了本专利技术驱动装置和本专利技术方法的有利改进方案。根据本专利技术的用于隔膜流体泵的驱动装置包括工作泵，其中该工作泵为了驱动隔膜流体泵通过压力管线连接到隔膜流体泵，并且该工作泵具有空心缸和工作活塞，工作活塞可在空心缸中在两个换向点之间轴向来回运动以增减该工作泵内的与压力管线处于压力交换连通的工作室。此外，本专利技术的工作泵包括用于控制工作活塞在换向点之间运动的控制单元。在此，工作活塞运动的控制是指有目的地影响工作活塞运动，从而获得工作活塞的预定运动或工作泵的预定状态。尤其是，工作活塞运动的控制是指用于获得预定运动或预定状态的调节。根据本专利技术的驱动装置的特点在于，工作活塞的受控运动包括三个时间接续的阶段，其中在第一阶段中该工作活塞被加速到大于第一阶段结束时速度的速度，在第二阶段中该工作活塞如此运动，即保持工作活塞的预定速度、工作室内的预定相对压力或工作活塞的预定力基本恒定，而在第三阶段中该工作活塞以负加速度运动。以下，如果没有明确说明加速度的正负，则加速度是指正加速度、即朝运动方向的速度增加。相对压力是指相对于环境压力的工作室内压力。工作活塞的力尤其可以包括工作活塞的负荷和惯性。也称为压缩阶段、泵送阶段和制动阶段的第一至第三阶段在半个泵周期内运行，即一次处于排空阶段、一次处于填充阶段。排空阶段在此是指通过工作活塞运动将隔膜流体泵排空的阶段。填充阶段在此是指通过工作活塞运动来填充隔膜流体泵的阶段。第一、第二和第三阶段可具有不同的持续时间。第一阶段的持续时间尤其可为半个泵周期持续时间的≥30％和/或≤45％，优选是≥35％和/或≤40％，第二阶段的持续时间为半个泵周期持续时间的≥35％和/或≤50％，最好是≥40％和/或≤45％，第三阶段的持续时间是半个泵周期持续时间的≥1％和/或≤16％，优选是≥5％和/或≤10％，更优选为8％。压缩阶段和泵送阶段的持续时间也可以是可变的和/或取决于工作泵状态变量。例如持续时间可取决于工作室内的相对压力或已完成的活塞行程。例如在工作活塞在第二阶段即泵送阶段中移动而使预定相对压力保持恒定情况下，先前的压缩阶段可以持续到在工作室内到达预定活塞位置为止。此外，这三个阶段可分别通过过渡阶段彼此分开，在这里，第一和第二阶段通过第一过渡阶段彼此分开，第二和第三阶段通过第二过渡阶段彼此分开，第三和第一阶段通过第三过渡阶段彼此分开。过渡阶段用于工作活塞加速的连续性，使得工作活塞平稳或低负荷运动成为可能。这些过渡阶段具有相同或不同的持续时间。在过渡阶段具有相同的持续时间情况下，过渡阶段的持续时间可以是半个泵周期持续时间的≥2％和/或≤10％，特别是≥3％和/或≤6％，特别优选4％。此外可以想到，第一至第三阶段中的两个或全部阶段先后紧随。于是，所有发生的阶段的持续时间之和对应于排空阶段或填充阶段的持续时间。排空阶段或填充阶段的持续时间也称为排空期或填充期。本专利技术的驱动装置尤其适合驱动小型隔膜流体泵。根据三个阶段控制驱动装置的工作活塞运动允许高的泵输出功率和由隔膜流体泵带来的低的血液损害危险。特别是，通过首先在第一阶段中快速达到规定泵速、规定抽吸压力或规定抽吸力来实现高的抽吸功率。在这种情况下，因为在第一阶段开始时工作室内相对压力仍然很低且支持工作活塞运动，故该驱动装置一开始仅耗用少量能量。这提高驱动装置效率。具有恒定泵送速度、恒定泵送压力或恒定泵送力的第二阶段容许高效传递泵送能量至隔膜流体泵、隔膜流体泵的均匀一致的泵送和进而流体均匀流入和流出隔膜流体泵。流体均匀流动尤其还降低损害血液的风险。在第三阶段中该工作活塞被减速，以便随后在换向后朝反向移动。该控制单元尤其可以设立用于控制工作活塞运动，从而在第一阶段中该工作活塞被加速到是在第一阶段结束时的速度的至少1.2倍、优选至少1.6倍且最多15倍、优选最多7倍的速度。此外，该控制单元可设立用于控制工作活塞运动，从而该工作活塞在第一阶段中以线性减小的加速度运动。由此可以实现位置调整或速度调整的操作，此时可补偿由加工或磨损引起的差异。此外，可以将峰值速度(峰值转速)限制到目标值并且仅用一个参数就可以使位置设定值适配于所连接的泵-插管组合。该控制单元也可以设立用于如此控制工作活塞运动，工作活塞在第三阶段中以基本恒定的负加速度运动。这允许工作活塞缓慢减速，由此可以限制加速度峰值和电流。第三阶段尤其能以工作活塞停止来结束，此后，工作活塞朝相反方向进一步运动。在此，静止表示速度为零，但加速度不一定等于零。该驱动装置优选可包括用于驱动工作活塞的电动机。电动机尤其可包括主轴尤其是滚珠丝杠或滚珠丝杠传动机构，其设立用于将电极扭矩传递到工作活塞，使得工作活塞在换向点之间进行平移运动。在主轴转速n和工作活塞转速v之间优选存在按照如下公式的固定的运动学关系：v＝常数*n。该控制单元可设立用于根据用于工作活塞的随时间的位置设定值来控制工作活塞运动，其中在第二阶段中该工作活塞速度基本保持恒定。根据随时间的位置设定值的工作活塞运动的控制尤其是指如下调节(也称为位置调节)，在此随时间的位置设定值是被调变量。根据位置设定值的运动控制对负荷变化和泄漏所致的易出故障性较低。例如有误的工作室内相对压力不会直接导致有误的工作活塞运动。根据位置设定值的工作活塞运动的控制的另一个优点在于，即便负荷增大，也与压力无关地根据位置设定值来控制该工作活塞。在根据压力设定值进行控制的情况下，在此情况下所输送的空气量将减少。在根据位置设定值的控制下，血流不会随着负荷增大而像在根据压力设定值的控制时那样显著减少。此外，可以补偿不同工作泵之间的机械差异，由此，血流变得更可再现且更均匀。附加地或替代地，该控制单元可设立用于根据用于工作室的时间相对压力来控制工作活塞运动，其中在第二阶段中，该工作室内的相对压力基本保持恒定。根据随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于隔膜流体泵的驱动装置，所述驱动装置包括：/n工作泵，其中，所述工作泵为了驱动所述隔膜流体泵而通过压力管线连接至所述隔膜流体泵，并且其中，所述工作泵具有空心缸和工作活塞，所述工作活塞能在所述空心缸中在两个换向点之间轴向来回摆动运动以减小或增大所述工作泵中的与所述压力管线处于压力交换连通的工作室；和/n控制单元，所述控制单元用于控制所述工作活塞在所述换向点之间运动，/n其特征在于，所述工作活塞的受控运动包括三个在时间上连续的阶段，其中，在第一阶段中，所述工作活塞被加速到大于所述第一阶段结束时的速度的速度，所述工作活塞在第二阶段中运动，使得所述工作活塞的预定速度、所述工作室中的预定相对压力或所述工作活塞的预定力保持基本恒定，并且，/n在所述第三阶段中，所述工作活塞以负加速度运动。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180308 EP 18160699.71.一种用于隔膜流体泵的驱动装置，所述驱动装置包括：
工作泵，其中，所述工作泵为了驱动所述隔膜流体泵而通过压力管线连接至所述隔膜流体泵，并且其中，所述工作泵具有空心缸和工作活塞，所述工作活塞能在所述空心缸中在两个换向点之间轴向来回摆动运动以减小或增大所述工作泵中的与所述压力管线处于压力交换连通的工作室；和
控制单元，所述控制单元用于控制所述工作活塞在所述换向点之间运动，
其特征在于，所述工作活塞的受控运动包括三个在时间上连续的阶段，其中，在第一阶段中，所述工作活塞被加速到大于所述第一阶段结束时的速度的速度，所述工作活塞在第二阶段中运动，使得所述工作活塞的预定速度、所述工作室中的预定相对压力或所述工作活塞的预定力保持基本恒定，并且，
在所述第三阶段中，所述工作活塞以负加速度运动。


2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元被设立用于根据用于所述工作活塞的随时间的位置设定值来控制所述工作活塞的运动，其中，所述工作活塞的速度在所述第二阶段中保持基本恒定，和/或所述控制单元被设立用于根据用于所述工作室的随时间的相对压力设定值来控制所述工作活塞的运动，其中，在所述第二阶段中，所述工作室内的相对压力基本保持恒定，和/或所述控制单元被设立用于根据用于所述工作活塞的随时间的力设定值来控制所述工作活塞的运动，其中，在所述第二阶段中，所述工作活塞的力基本保持恒定。


3.根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述工作活塞的力包含所述工作活塞的负荷和惯性。


4.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元被设立用于基于随时间的相对压力设定值来确定随时间的所述位置设定值并根据所述位置设定值来控制所述工作活塞运动。


5.根据权利要求2至4中任一项所述的驱动装置，其特征在于，随时间的所述位置设定值还包括随时间的速度设定值和/或随时间的加速度设定值。


6.根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述工作泵包括用于改变所述工作室内的空气质量和/或相对压力的平衡阀，并且所述控制单元被设立用于根据所述空气质量的设定值和/或所述相对压力的设定值来控制所述平衡阀，尤其如此控制所述平衡阀，即，保持所述空气质量恒定，和/或根据平均相对压力设定值、平均排空压力的设定值、平均填充压力的设定值来控制所述平衡阀，和/或根据相对压力设定值和/或用于两个换向点之一或两个换向点的设定值来控制所述平衡阀。


7.根据权利要求2至6中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元被设立用于基于所述工作活塞的参考运动轨迹来确定随时间的所述位置设定值，其中，所述参考运动轨迹考虑所述第一阶段的预定持续时间、所述第二阶段的预定持续时间、在所述第一阶段中所述活塞的加速度的预定变化、预定活塞行程、预定最大相对压力、预定泵速、预定相对排空持续时间、预定填充度、预定排空度、预定的待连接的隔膜流体泵的特性值、特别是所述隔膜式流体泵的输送量、能够连接至所述隔膜流体泵的入口插管的预定特性值和/或连接至所述隔膜流体泵的出口插管的预定特性值。


8.根据权利要求2至7中任一项所述的驱动装置，其特征在于，用于驱动所述工作活塞的驱动装置具有主轴电动机，并且所述控制单元被设立用于为了根据随时间的位置设定值来控制所述工作活塞的运动而基于所述主轴电动机所需的估算扭矩来确定所述主轴电动机的驱动电流强度，其中，所述扭矩包含所述工作活塞的负荷、所述工作活塞的惯性、所述工作活塞的估计摩擦和/或用于补偿所述工作活塞的相对于随时间的所述位置设定值的位置偏差和/或速度偏差的修正扭矩。


9.根据权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，在工作过程中借助位置传感器来测量所述工作活塞的当前位置和/或当前速度，并且所述控制单元被设立用于确定相对于随时间的所述位置设定值的位置偏差和/或速度偏差，基于所述位置偏差和/或所述速度偏差来确定所述修正扭矩，并且以减小所述工作活塞的所述位置偏差和/或所述速度偏差的方式调整所述驱动电流强度。


10.根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其特征在于，设有用户界面，借助所述用户界面能在工作期间调节用户特定参数、特别是所述隔膜泵的填充度和/或排空度、活塞行程、平均相对压力、相对排空持续时间、排空压力、填充压力和/或泵速。


11.根据权利要求10所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元被设立用于在所述工作期间调整用于所述工作活塞的运动控制的随时间的所述位置设定值、随时间的所述相对压力设定值和/或随时间的所述力设定值和/或所述空气质量的设定值、所述相对压力设定值和/或用于所述平衡阀的控制的两个换向点之一或两个的设定值以适应所述用户特定参数的变化。


12.根据权利要求6至11中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述控制单元被设立用于通过所述活塞行程的改变和根据所述工作室内所述平均排空压力的设定值对所述平衡阀的控制或借助所述平衡阀的所述平均相对压力的改变来调节所述隔膜泵的填充度，和/或通过所述活塞行程的改变和根据所述工作室内所述平均填充压力的设定值对所述平衡阀的控制和/或借助所述平衡阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·施泰因格雷伯，
申请(专利权)人：柏林心脏有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE