DE60221239T2

DE60221239T2 - Hochdruckeinwegpumpenkassette zur anwendung auf medizinischem gebiet

Info

Publication number: DE60221239T2
Application number: DE60221239T
Authority: DE
Inventors: Timothy E. Gloucester MOUTAFIS; David M. Waltham FISCHER
Original assignee: Hydrocision Inc
Current assignee: Hydrocision Inc
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: EP1384003B1; US20040234380A1; CA2484061C; US7337538B2; US20020176788A1; CA2484061A1; US20110091331A1; US7717685B2; US20080195058A1; US20040228736A1; ES2290293T3; JP2004525742A; EP1384003A1; WO2002095234A1; DE60221239D1; US8851866B2; JP4073313B2; ATE367527T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Pumpenkassette und ein Verfahren zur Herstellung und zur Anwendung der Pumpenkassette, und insbesondere betrifft die Erfindung Pumpenkassetten und Verfahren zum Pumpen oder zur Infusion einer Flüssigkeit zum Körper eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument, um eine medizinische Behandlung durchzuführen.
Herkömmlicherweise erfordern typische medizinische und chirurgische Verfahren die Infusion oder das Pumpen von Flüssigkeit zum Körper eines Patienten oder zu einem medizinischen oder chirurgischen Instrument, um ein medizinisches Verfahren durchzuführen, wobei ein relativ geringer Flüssigkeitsdruck eingesetzt wird, zum Beispiel Drücke der Flüssigkeit von unter 0,69 MPa (100 psig). Dementsprechend sind typische medizinische und chirurgische Flüssigkeitsinfusionseinrichtungen oder Pumpeinrichtungen nicht darauf konfiguriert oder nicht dazu in der Lage, sehr hohe Flüssigkeitsdrücke zu erzeugen, zum Beispiel Flüssigkeitsdrücke von oberhalb 6,90 MPa (1000 psig) und bis zu 344,74 MPa (50000 psig). Solche herkömmlichen medizinischen Infusionen und Pumpenanwendungen umfassen zum Beispiel die Infusion von Medikamenten zu einem Körper eines Patienten, das Pumpen bzw. Zuführen von Salzlösungen oder anderen Lösungen zu Spülinstrumenten für die chirurgische Spülung, das Pumpen von Blut und anderen Körperflüssigkeiten während chirurgischen oder medizinischen Prozeduren usw. Eine breite Vielfalt an Pump- und Infusionssystemen, die für solche Anwendungen entworfen und konfiguriert worden sind, von denen viele abnehmbare und wegwerfbare Pumpenkassetten umfassen, sind gut bekannt und einfach verfügbar. Solche Pumpensysteme und Pumpenkassetten umfassen auch die, die auch Peristaltik- oder Schlauchpumpen einsetzen, sowie eine breite Vielfalt an Membranpumpen und Faltkammerpumpen und Niedrigdruckkolbenpumpen.
Pumpensysteme, die zur Erzeugung von sehr hohen Fluiddrücken eingesetzt werden, zum Beispiel in dem oben erwähnten Hochdruckbereich, wurden typischerweise und primär für industrielle Pumpenanwendungen eingesetzt. Solche Pumpensysteme setzen typischerweise Fluidpumpen ein, die nicht besonders gut geeignet sind für medizinische Anwendungen, da sie zum Beispiel mechanisch komplex und/oder teuer sind oder schwierig herzustellen und zu montieren sind, sowie sie aus Materialien konstruiert sind oder Arbeitsfluide einsetzen, die physiologisch oder biologisch nicht kompatibel sind, und sie verwenden Pumpenkomponenten, die nicht wegwerfbar oder abnehmbar sind, von einem teueren wiederverwendbaren Pumpenantriebssystem, so dass sie Pumpenkomponenten einsetzen, die nicht einfach zu reinigen und/oder zu sterilisieren sind.
Typische Pumpensysteme aus keiner der oben genannten Kategorien (zum Beispiel die medizinische Infusion mit relativ geringem Druck und Pumpensysteme mit relativ geringem Druck, sowie Hochdruckindustriepumpensysteme) sind insbesondere gut geeignet für Anwendungen, umfassend medizinische oder chirurgische Flüssigkeitspumpen, die einen hohen Flüssigkeitspumpendruck erfordern, zum Beispiel oberhalb von 6,90 Mpa (1000 psig) und bis zu etwa 344,74 MPa (50000 psig). Solche Anwendungen umfassen das Pumpen von Flüssigkeiten zu chirurgisches Werkzeugen zum Ausführen von Hochdruckflüssigkeitsschnitten und/oder Hochdruckflüssigkeitsabtragen zur Durchführung von minimal invasiven oder offenen chirurgischen Eingriffen, zum Beispiel wie in den US-Patenten, Nr. 5871462 , 5944686 , 6216573 und 6375635 des Anmelders beschrieben, sowie zur Zuführung einer Flüssigkeit unter hohem Druck zu einem chirurgischen Instrument unter Einsatz eines Flüssigkeitsdüsenangetriebenen Motors zum Antrieb eines chirurgischen Schneidmessers und anderer chirurgischen Werkzeuge, wie zum Beispiel in der anhängigen US Patentanmeldung Nr. 09/480500 des Anmelders beschrieben.
Dementsprechend verbleibt eine Nachfrage bei Pumpensystemen und Verfahren zum Pumpen und zur Infusion von Flüssigkeiten und Fluiden mit hohem Druck, um medizinische und chirurgische Behandlungen durchzuführen, die Pumpenkassetten mit verbesserter Verfügbarkeit, verbesserter Sterilisierungsfähigkeit, mechanischer Einfachheit, einfacher Herstellung und/oder niedrigen Stückkosten einzusetzen. Die vorliegende Erfindung schafft mit einigen Ausführungsformen solche verbesserten Pumpsysteme und Pumpenkassetten, und schafft darüber hinaus Verfahren zu deren Einsatz bei medizinischen oder chirurgischen Pump- oder Infusionsanwendungen.
Es ist auch aus der US-A-5370609 bekannt, eine Pumpenkassette zu schaffen, die einen Zylinder und eine Kolbenstange hat, wobei der Zylinder und die Kolbenstange derart konstruiert und angeordnet sind, dass sie in Bezug zueinander relativ verschiebbar sind, sowie die Pumpenkassette ein Dichtelement umfasst, welches derart konstruiert und angeordnet ist, dass es eine druckdichte Abdichtung in dem Zylinder erzeugt, so dass die relative Verlagerung der Kolbenstange zu dem Zylinder den Druck einer Flüssigkeit innerhalb des Zylinders auf einen Druck von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) erhöht.
Eine Pumpenkassette nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Dichtelement einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt aufweist, der aus einem nichtelastomeren Material besteht, so dass er bei der Verschiebung der Kolbenstange mit Bezug zu dem Zylinder im wesentlichen irreversibel verformt wird.
Es ist auch aus der US-A-5370609 bekannt, ein Verfahren zur Zuführung einer Flüssigkeit, die unter hohem Druck steht, zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument zu schaffen, wobei das Zuführen einer Flüssigkeit zu der Pumpenkassette umfasst ist, die darin einen Zylinder und eine Kolbenstange umfasst, derart konstruiert und angeordnet, dass diese relativ zueinander und mit Bezug zueinander verschiebbar sind, sowie die Pumpenkassette ein Dichtelement aufweist, welches derart konstruiert und angeordnet ist, dass eine druckdichte Abdichtung innerhalb des Zylinders erzeugt wird, wobei beim Vorsehen einer relativen Gleitbewegung zwischen der Kolbenstange und dem Zylinder der Druck der Flüssigkeit innerhalb des Zylinders auf einen Druck von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) erhöht wird, und Weiterleiten der unter Druck gesetzten Flüssigkeit von der Pumpenkassette zu dem chirurgischen oder medizinischen Instrument, um eine medizinische Behandlung auszuführen.
Bei der Pumpenkassette nach der vorliegenden Erfindung ist das Dichtelement derart geformt, dass es einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt umfasst, geformt aus einem nichtelastomeren Material und das Verfahren umfasst den Schritt der im wesentlichen irreversiblen Verformung des aufgeweiteten Dichtflanschelements, wenn die Kolbenstange relativ zu dem Zylinder gleitet.
Verschiedene kompakte Strömungswegkomponenten sind in den Ausführungsformen der Pumpenkassette beschrieben, umfassend eine Y-förmige Konfiguration, eine T-förmige Konfiguration und eine axiale Konfiguration. Einige bevorzugte Ausführungsformen umfassen Kolben, die ein Ventil umfassen oder zumindest teilweise ausbilden und/oder umfassen Kolben, die mit Bezug zu einer Kolbenstange relativ verlagerbar sind, mit der sich verbunden sind. Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung Ventile umfassend einen Ventilsitz und ein bewegbares Dichtelement, um eine Abdichtung zu erzeugen, die dazu in der Lage ist einen Unterschied von darüber anliegenden Fluiddrücken von zumindest 6,90 Mpa (1000 psig) zu widerstehen und in einigen Ausführungsformen bis über 68,95 MPa (10000 psig) zu widerstehen, ohne eine wesentlichen Leckage des Fluids dort hindurch. Bei einigen Ausführungsformen ist das bewegbare Dichtelement in der Form konkav und kann auch gekrümmt ausgebildet sein, um einen mechanischen Vorteil zu erreichen, um die Abdichtung bzw. Dichtleistung zu verbessern. Nach einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Verfahren geschaffen, zur Herstellung von axial konfigurierten Pumpenkassetten aus Röhren mit dünnen Wänden, sowie nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Verfahren zum Pumpen oder zur Infusion einer Flüssigkeit geschaffen werden, die dem Körper eines Patienten zugeführt wird, oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument geleitet wird, zur Durchführung einer medizinischen Behandlung, zum Beispiel unter Einsatz der oben erwähnten Pumpenkassetten und Pumpsysteme.
Nach einem Gesichtspunkt wird eine Reihe von Verfahren zum Pumpen oder Infusionieren einer Flüssigkeit zur Zuführung zu dem Körper eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument beschrieben werden. Ein Verfahren umfasst die Zuführung einer Flüssigkeit zu einer Pumpenkassette, umfassend darin einen Zylinder und einen Kolben, der derart konstruiert und angeordnet ist, dass er relativ zu dem Zylinder verschiebbar ausgebildet ist. Die Pumpenkassette umfasst ein Abdichtungsbauteil bzw. ein Dichtelement, welches geformt ist, um einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt zu umfassen, der derart konstruiert und angeordnet ist, dass eine fluiddichte Abdichtung innerhalb der Pumpenkassette während des Betriebs erzeugt wird. Das Verfahren umfasst weiterhin das Verschieben des Kolbens relativ zu dem Zylinder, um so den Druck der Flüssigkeit in dem Zylinder zu erhöhen, auf einen Druck von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) und Weiterströmen lassen des unter Druck stehenden Fluids von der Pumpenkassette zu dem Körper eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument, um eine medizinische Behandlung auszuführen. Nach einer Ausführungsform ist das Dichtelement an dem Kolben positioniert und nach einer anderen Ausführungsform ist das Dichtelement an dem Zylinder positioniert. Nach einer noch anderen Ausführungsform umfasst die Pumpenkassette ein Ventil, umfassend einen Sitz, woran das Dichtelement angebracht ist.
Die Ausführungsformen werden nun beschrieben, unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Querschnittansicht einer Pumpenkassette zeigt, die eine Y-förmige Konfiguration aufweist;
2A eine schematische perspektivische Ansicht des Hauptkörperabschnitts der Pumpenkassette nach der 1 zeigt;
2B eine Querschnittansicht des Hauptkörperabschnitts der Pumpenkassette nach der 2A zeigt, entlang der Linie 2B-2B gesehen;
2C eine Querschnittansicht des Bereichs zeigt, der durch die kreisförmigen Pfeile 2C-2C an dem Hauptkörper der Pumpenkassette bezeichnet ist, die in der 2B gezeigt ist;
3 eine vergrößerte Querschnittansicht der Kolben/Kolbenstange-Anordnung der Pumpenkassette nach der 1 zeigt;
4A eine schematische Querschnittansicht einer Ausführungsform eines Kolbens zeigt;
4B eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Kolbens zeigt;
4C eine schematische Querschnittansicht einer noch weiteren Ausführungsform eines Kolbens zeigt;
5A eine vergrößerte Querschnittansicht eines Ventilsitzes der Pumpenkassette nach der 1 zeigt;
5B eine schematische Querschnittansicht des Ventilsitzes nach der 5A zeigt, gesehen entlang der Linie 5B-5B;
5C eine schematische Querschnittansicht des Abschnitts zeigt, der durch die kreisförmigen Pfeile 5C-5C an dem Ventilsitz nach der 5B bezeichnet ist;
5D eine vergrößerte schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Ventilsitzes zeigt;
5E eine schematische Querschnittansicht des Ventilsitzes nach der 5D zeigt, gesehen entlang der Linie 5E-5E;
5F eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Ventilsitzes zeigt;
6A eine schematische perspektivische Ansicht einer mechanischen Pumpenantriebseinheit und einer Aufnahmestruktur zeigt, im operativen Zusammenwirken mit der Pumpenkassette nach der 1;
6B eine schematische Explosionsdarstellung der Aufnahmestruktur nach der 6A zeigt, dargestellt in einer offenen Konfiguration, vor dem Einsetzen der Pumpenkassette nach der 1;
7 eine schematische Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Pumpenkassette mit einer T-förmigen Konfiguration zeigt, mit einer Darstellung eines Abschnitts eines wiederverwendbaren Pumpenantriebssystems, zum Gebrauch beim Betrieb der Pumpenkassette;
8A eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer mechanischen Pumpenantriebseinheit zeigt, umfassend eine Aufnahmestruktur, entworfen zum Ankuppeln der Pumpenkassette nach der 7 in einer operativen Konfiguration;
8B eine schematische Querschnittansicht der Pumpenkassette nach der 7 zeigt, wenn diese installiert ist, nämlich in einem operativen Zusammenwirken mit der Aufnahmestruktur nach der 8A;
9A eine schematische Querschnittansicht einer Ausführungsform einer axial konfigurierten Pumpenkassette zeigt;
9B eine schematische Ansicht des Einsatzes der axial konfigurierten Pumpenkassette nach der 9A in einer ersten Orientierung zeigt;
9C eine schematische Ansicht des Einsatzes der 9B zeigt, gesehen von oben;
10A eine schematische Querschnittansicht eines Abschnitts einer weiteren Ausführungsform einer axial konfigurierten Pumpenkassette zeigt;
10B eine schematische Ansicht eines Einsatzes der Pumpenkassette nach der 10A zeigt, gesehen von oben;
10C eine schematische Ansicht des Einsatzes nach der 10B zeigt, gesehen von unten;
11A eine schematische Querschnittansicht einer axial konfigurierten Pumpenkassette, umfassend einen Ventilkolben, zeigt;
11B eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer axial konfigurierten Pumpenkassette zeigt, die einen Ventilkolben umfasst;
11C eine schematische Querschnittansicht eines Abschnitts einer alternativen Ausführungsform einer Kolben- und Kolbenstangen-Anordnung zeigt, die einen Ventilkolben umfasst;
11D eine schematische Querschnittansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform einer Kolben-Kolben-Anordnung zeigt, die zwei Ventile darin umfasst;
12A eine schematische Querschnittansicht einer axial konfigurierten Pumpenkassette zeigt, umfassend einen verschiebbaren Kolben, der ein Einlaßventil der Pumpenkassette ausbildet;
12B eine schematische Ansicht einer Einlaßleitungsklammerkomponente der Pumpenkassette nach der 12A zeigt;
12C eine schematische Explosionsdarstellung eines Halteelements des Kolbens und eines Verbindungsstiftes der Pumpenkassette nach der 12A zeigt;
12D eine schematische Querschnittansicht eines Abschnitts der verschiebbaren Kolben-Kolben-Anordnung der Pumpenkassette nach der 12A zeigt, mit einem Einlaßventil in einer geschlossenen Konfiguration;
12E eine schematische Querschnittansicht der verlagerbaren Kolben-Kolben-Anordnung nach der 12D zeigt, wobei sich das Einlaßventil in einer offenen Konfiguration befindet;
12F eine vergrößerte schematische Querschnittansicht des verlagerbaren Kolbens der Pumpenkassette nach der 12A zeigt;
13 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Pumpenkassette nach der 12A zeigt;
14 eine schematische Explosionsdarstellung einer Aufnahmestruktur einer mechanischen Pumpenantriebseinheit zeigt, die derart konfiguriert ist, dass sie mit einer axial konfigurierten Pumpenkassette zusammenkoppelbar ist;
15A eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Kolbens zeigt;
15B eine schematische Ansicht einer noch weiteren Ausführungsform eines Kolbens zeigt;
16 eine schematische Querschnittansicht einer Pumpenkassette zeigt, die teilweise aus einer dünnwandigen Röhre geformt ist;
17A eine schematische Querschnittansicht einer Pumpenkassette zeigt, wobei ein Dichtflansch an einem Zylinder angebracht ist;
17B eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Pumpenkassette zeigt, wobei eine Dichtkomponente an einem Zylinder angebracht ist;
17C eine schematische Querschnittansicht eines Kolbens und einer Zylinderwand zeigt, umfassend ein Dichtelement; und
17D eine schematische Querschnittansicht einer Zylinderwand zeigt, umfassend ein Dichtelement.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Pumpenkassette, die in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzbar ist, wie etwa Fluidpumpen, Fluidzufuhr oder Fluidinfusion. Die Pumpenkassette, die nach der vorliegenden Erfindung entworfen worden ist, konstruiert und konfiguriert, um austauschbare und/oder wegwerfbare Pumpenkassetten zu umfassen, ist abnehmbar mit einer wiederverwendbaren mechanischen Pumpenantriebseinheit zu koppeln. Die Pumpenkassetten sind ebenso vorzugsweise aus Materialien und Bauteilen konstruiert, die preiswert und einfach zu sterilisieren sind. Als solches sind die Pumpenkassetten, die nach der vorliegenden Erfindung geschaffen sind, vorteilhafterweise beim Pumpen, bei Infusionen, bei der Fluidzufuhr usw. einsetzbar, wobei eine sterile oder reine Fluidhandhabung wichtig ist und wobei Wegwerfbarkeit, Verfügbarkeit und Austauschbarkeit der Pumpenkomponenten, die durch das Prozessfluid benetzt sind, erforderlich oder erwünscht ist. Dementsprechend sind die Pumpenkassetten, die hier beschrieben sind, besonders gut geeignet für Anwendungen die zum Beispiel das Pumpen und die Weiterleitung von Nahrung umfassen und insbesondere für Verfahren, die das Pumpen oder die Infusion einer Flüssigkeit zur Zufuhr zu dem Körper eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument umfassen.
Wie diskutiert, umfassen die allgemein bekannten Pumpensysteme wegwerfbare Pumpenkassetten, die zur Anwendung beim medizinischen oder chirurgischen Pumpen oder Infusionsanwendungen entworfen worden sind. Diese Systeme sind jedoch, wie oben erwähnt, im allgemeinen auf einen relativ niedrigen Druck beim Pumpen oder den Infusionsanwendungen beschränkt (zum Beispiel auf weniger als 0,69 MPa (100 psig)). Wie es weiter unten im Detail noch beschrieben wird, ermöglichen es bevorzugte Ausführungsformen der Pumpenkassetten nach der vorliegenden Erfindung, Fluidpumpdrücke zu erzeugen, die zumindest 6,90 MPa (1000 psig) und in einigen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 34,47 MPa (5000 psig), in einigen anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 55,16 MPa (8000 psig), in anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 103,42 MPa (15000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 137,90 MPa (20000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 206,84 MPa (30000 psig), und in noch anderen Ausführungsformen zumindest 344,74 MPa (50000 psig) betragen, während diese immer noch einfach abnehmbar und austauschbar sind, und zwar von einer mechanischen Pumpenantriebseinheit, sowie sie aus Materialien konstruiert sind und Konstruktionsmethoden eingesetzt sind, so dass die Kosten pro Einheit niedrig sind, so dass die Pumpenkassetten derart konfiguriert und entworfen sind, dass sie nach einem einzigen Gebrauch weggeworfen werden können.
Die Pumpenkassetten, die nach der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, sind insbesondere gut geeignet für Verfahren, die das Pumpen von Flüssigkeiten mit hohem Druck zu Instrumenten umfassen, zur Erzeugung oder Verwendung eines Fluids oder Flüssigkeitsstrahls, zur Ausführung einer medizinischen oder chirurgischen Prozedur. Zum Beispiel können die Pumpensysteme und Pumpenkassetten, die hier beschrieben werden, gut geeignet beim Einsatz zur Weiterleitung von Flüssigkeiten unter hohem Druck zu chirurgischen oder medizinischen Instrumenten verwendet werden, zum Beispiel zu chirurgischen Werkzeugen, die entfernt von der Pumpenkassette positioniert sind und damit in Fluidverbindung stehen, nämlich über einen längeren flexiblen Schlauch, der zumindest eine Düse umfassen kann, um einen Flüssigkeitsschneidestrahl auszubilden und/oder der ein Flüssigkeitsdüsenausbildungsteil eines hydrodynamischen Motors umfassen kann, um ein chirurgisches Werkzeug anzutreiben, zum Beispiel ein Schneidwerkzeug oder ein Abreibewerkezeug. Bei einigen Ausführungsformen können die Pumpenkassetten bei einem Verfahren zum Pumpen von Flüssigkeiten zu einem flüssigkeitsstrahlbildenden chirurgischen Werkzeug eingesetzt werden, und zum Richten des Flüssigkeitsstrahls, der durch das Werkzeug ausgebildet wird, auf Gewebe eines Patienten, zum Schneiden, Abtragen, Delaminieren, Abreiben, Emulgieren und/oder Aufweichen des Gewebes. Bei anderen Ausführungsformen kann die Pumpenkassette eingesetzt werden bei einem Verfahren zum Pumpen von Flüssigkeiten zu einem flüssigkeitsstrahlgetriebenen chirurgischen Werkzeug, das einen Flüssigkeitsstrahl einsetzt, um ein rotierendes oder abtragendes Werkzeug anzutreiben. Beispielhafte chirurgische Instrumente, die einen Flüssigkeitsstrahl einsetzen und/oder erzeugen, um diese in unterschiedlichen chirurgischen Prozeduren einzusetzen, die insbesondere gut angepaßt sind an den Einsatz mit den Pumpensystemen und Pumpenkassetten, die nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden, sind in den US Patenten, Nr. 5944686 ; 6216573 und 6375635 des Anmelders und in den ebenfalls anhängigen US Patentanmeldungen Nr. 09/480500 und 09/480762 des Anmelders beschrieben.
Es ist dabei so zu verstehen, dass, obwohl die Pumpenkassetten, wie hier beschrieben, besonders gut geeignet sind für die oben erwähnten chirurgischen oder medizinischen Anwendungen, die Hochdruckflüssigkeitssträhle einsetzen, die Pumpensysteme und Pumpenkassetten, die gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, auch für andere Zwecke eingesetzt werden können, insbesondere wenn die Zufuhr von Fluiden unter hohem Druck erwünscht ist und wenn es gewünscht ist, eine austauschbare und/oder wegwerfbare Pumpenkassette einzusetzen, um das Fluid sauber und steril zu behandeln, wobei die Kosten pro Einheit relativ niedrig sind. Der Fachmann kann leicht erkennen, dass zahlreiche Anwendungen möglich sind, in der Lebensmittel-Industrie, der Pharmazeutischen Industrie und auch in anderen Industrien, dort wo solche Pumpensysteme und Pumpenkassetten vorteilhafter eingesetzt werden können.
Bevorzugte Ausführungsformen der Pumpenkassetten, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden, sind als Kolbenpumpenkassetten ausgebildet, die darin einen Zylinder und einen Kolben aufweisen, der derart konstruiert und angeordnet ist, dass er gleitend sich bewegen kann und/oder innerhalb des Zylinders hin und her bewegt wird. Der Begriff „Kolben", wie hier benutzt, bezieht sich auf ein Bauteil einer Pumpenkassette, das eine Oberfläche hat, die durch die Flüssigkeit benetzt wird, oder auf ein Fluid, dass durch die Pumpenkassette gepumpt wird, und das konfiguriert ist, innerhalb des Zylinders eine gleitende Bewegung auszuführen, wobei das Bauteil eine Kraft auf die Flüssigkeit bzw. das Fluid in dem Zylinder ausübt, wodurch dessen Druck und/oder kinetische Energie erhöht wird. Ein „Fluid" gemäß dem vorliegenden Text kann eine Flüssigkeit, ein Gas, ein superkritisches Fluid, eine Suspension, eine wässrige Lösung oder jede Mischung aus diesen vorher genannten Stoffen sein und bezieht sich auf einen thermodynamischen Zustand des Materials, welches sich in den Bereichen des Zylinders befindet, bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck, bei dem die Pumpenkassette im Betrieb benutzt wird. Bei typischen Ausführungsformen, zum Beispiel solche, die das Pumpen oder die Infusion von Materialien zu dem Körper eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument umfassen, wird das Fluid gepumpt oder infusioniert, wobei das Fluid eine Flüssigkeit ist, die eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck hat, bei dem die Pumpenkassette betrieben wird. Typischer weise, wenn die Pumpenkassette für chirurgische oder medizinische Zwecke eingesetzt wird, umfasst die Flüssigkeit eine medizinisch, biologisch und/oder physiologisch kompatible Flüssigkeit, wie etwa zum Beispiel normale Salzlösung, Phosphat-Salzpufferlösung, steriles Wasser usw. „Konstruiert und angeordnet, um innerhalb des Zylinders zu gleiten", wie oben im Text benutzt, beschreibt die Konfiguration des Kolbens und des Zylinders, wobei der Kolben innerhalb des Zylinders gleitend verlagerbar ist, nachdem der Kolben in dem Zylinder der Pumpenkassette installiert ist.
Wie es noch detaillierter unten beschrieben ist, ist die Pumpenkassette so konstruiert, dass sie ein Dichtelement umfasst, welches so geformt ist, es einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt umfasst, der konstruiert und angeordnet ist, um einen Kontakt mit einer Oberfläche innerhalb der Pumpenkassette herzustellen, um eine Dichtung auszubilden. Ein „Dichtelement", wie hier benutzt, bezieht sich auf ein Bauteil einer Pumpenkassette, welches konfiguriert und positioniert ist, um eine fluiddichte Abdichtung innerhalb der Pumpenkassette auszubilden. Bei einigen Ausführungsformen ist das Dichtelement ein Bauteil eines Kolbens, konfiguriert und positioniert an dem Kolben, so dass das Bauteil oder zumindest ein Abschnitt davon, eine innenliegende Oberfläche eines Zylinders kontaktiert, wenn der Kolben in dem Zylinder installiert ist und dadurch wird eine Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder erzeugt. Bei anderen Ausführungsformen ist die Dicht-Komponente ein Bauteil eines Zylinders, konfiguriert und positioniert an dem Zylinder, so dass das Bauteil oder zumindest ein Abschnitt davon, eine Oberfläche des Kolbens und/oder eine Oberfläche einer Kolbenstange berührt, wenn der Kolben bzw. die Kolbenstange innerhalb des Zylinders installiert ist, wodurch eine Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder erzeugt wird. Eine „Dichtung", wie oben im Text benutzt, bezieht sich auf einen Bereich des Kontakts zwischen zwei benachbarten Bauteilen, wobei dieser Bereich des Kontakts den Zylinder in einen ersten und einen zweiten Bereich unterteilt und einen erhöhten Widerstand gegenüber dem Fluidstrom durch die (Ab-) Dichtung schafft, nämlich von dem ersten in den zweiten Bereich des Zylinders und umgekehrt.
Ein „aufgeweiteter Dichtflansch" oder ein „aufgeweiteter Dichtflanschabschnitt" eines Dichtelements des Kolbens bezieht sich auf einen Abschnitt des Kolbens, der derart geformt und konfiguriert ist, dass er sich weg vom Hauptkörperabschnitt des Kolbens erstreckt, entweder axial und/oder distal, sowie typischerweise auch radial. Zum Beispiel würde ein aufgeweiteter Dichtflansch, wie hier benutzt, einen Kolben, welcher einen Standard-O-Ring als Dichtelement einsetzt, nicht umfassen, da ein O-Ring im allgemeinen so konfiguriert ist, dass er sich vom Hauptkörper eines Kolbens weg und darum herum erstreckt, so dass er ein kreisumfangsförmiges Dichtelement ausbildet, welches sich nur radial erstreckt (d.h. in Richtung der innenliegenden Oberfläche des Zylinders), aber nicht axial oder distal.
Ein „Dichtelementstützteil" ist jedes strukturelle Element, mit dem der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt des Dichtelements gekoppelt ist (zum Beispiel ein Kolbenhauptkörper, ein Zylindereingriffshauptkörperabschnitt eines Zylinderdichtrings oder ein Ventilsitzkörper).
Der Begriff „kontruiert und angeordnet, um Kontakt mit einer innenliegenden Oberfläche des Zylinders herzustellen", wie im Kontext oben benutzt, bezieht sich auf den Kolben, der so konfiguriert ist, dass nach der Montage des Kolbens in dem Zylinder eine Oberfläche des Dichtelements einen direkten körperlichen Kontakt mit zumindest einem Abschnitt der innenliegenden Oberfläche des Zylinders herstellt. Wie oben erwähnt und gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Kolben derart konfiguriert und entworfen, dass er während des Betriebs innerhalb des Zylinders der Pumpenkassette gleiten kann, um so den Druck der Flüssigkeit innerhalb des Zylinders zu erhöhen, nämlich auf einen Druck von zumindest 6,90 MPa (1000 psig), um die Flüssigkeit anschließend an eine Ausgangsleitung weiter zu leiten, die in Fluidverbindung mit der Pumpenkassette steht.
Analog bezieht sich ein „aufgeweiteter Dichtflansch" oder ein „aufgeweiteter Dicht flanschabschnitt" eines Dichtelements des Zylinders auf einen Abschnitt des Zylinders, der so geformt und konfiguriert ist, dass er sich von einer Wand des Zylinders weg erstreckt, und zwar axial und/oder distal, sowie typischerweise ebenfalls radial.
Der Begriff „konstruiert und angeordnet, um einen Kontakt mit einer Oberfläche des Kolbens herzustellen oder konstruiert und angeordnet, um einen Kontakt mit einer Oberfläche der Kolbenstange herzustellen", so wie oben im Text benutzt, bezieht sich auf den Zylinder, der derart konfiguriert ist, dass nach der Montage des Kolbens bzw. der Kolbenstange innerhalb des Zylinders eine Oberfläche des Dichtelements einen direkten körperlichen Kontakt mit zumindest einem Abschnitt der Oberfläche des Kolbens bzw. der Kolbenstange herstellt.
Bei einigen Ausführungsformen, bei denen der Kolben bzw. die Kolbenstange ein Dichtelement umfasst, und wenn es gewünscht ist, dass die Pumpenkassette dazu in der Lage ist, relative hohe Fluidpumpdrücke zu erzeugen, zum Beispiel Drücke von oberhalb 6,90 MPa (1000 psig), ist der Kolben vorzugsweise mit einer Kolbenstange gekoppelt, die wiederum mit einer mechanischen Pumpenantriebseinheit gekoppelt ist, um den Kolben und die Stange in einer hin- und hergehenden Bewegung anzutreiben. Bei einigen solchen Ausführungsformen, wie unten im Detail beschrieben, kann der Kolben als eine Kappe, als ein ringförmiger Ring oder als sonstiger Typ einer Komponente ausgeführt werden, die integral mit der Dichtkomponente bzw. dem Dichtelement als ein einziges Teil ausgebildet ist, zum Beispiel ein elastisches Material, welches dazu fähig ist eine gleitende Abdichtung auszubilden, während die Kolbenstange eine feste strukturelle Stützkomponente umfassen kann, konstruiert und konfiguriert, um den Kolben innerhalb des Zylinders zu stützen und anzutreiben.
Eine „Kolbenstange", wie hier benutzt, bezieht sich auf ein Bauteil der Pumpenkassette, das mechanisch mit einem Kolben (falls vorhanden) und einer Quelle für die Antriebskraft für die Kolbenstange und für jeglichen Kolben, der damit verbunden ist, verbunden ist. Eine „Kolbenstange" kann ein eigenes oder ein vom Kolben abtrennbares Bauteil sein, oder alternativ können der Kolben und die Kolbenstange einstückig als ein einziges Element ausgebildet sein. „Gekoppelt mit", falls im Kontext mit dem Kolben benutzt, der mit der Kolbenstange gekoppelt ist, bezieht sich auf den Kolben und die Kolbenstange, die derart miteinander assoziiert sind, dass die Kolbenstange dazu in der Lage ist, eine Kraft auf den Kolben auszuüben, so dass der Kolben Innerhalb des Zylinders bewegt wird. „Gekoppelt mit" umfasst Verbindungen, die eine feste Anbringung und eine integrale Ausbildung, zum Beispiel eine Kolben- und Kolbenstangenanordnung aus einem einzigen Stück, die ebenfalls als „miteinander gekoppelt" gelten, umfassen, wobei der Kolben und die Kolbenstange gemein sam mit der gleichen Geschwindigkeit zu allen Zeiten und während des Pumpzyklus sich bewegen, und umfasst auch die Verbindungen, die eine relative Bewegung zwischen dem Kolben und der Kolbenstange oder eines Teils davon erlauben, und zwar während des Pumpzyklus. Es ist so zu verstehen, dass der Kolben mit der Kolbenstange „gekoppelt" sein kann, sogar wenn kein direkter Kontakt zwischen dem Kolben und der Kolbenstange vorliegt. Zum Beispiel können, falls gewünscht oder vorteilhaft, unterschiedliche Abstandhalter, Beilagscheiben, Spannelemente usw. zwischen den Kolben und die Kolbenstange eingesetzt werden, und diese Möglichkeiten liegen innerhalb der oben erwähnten Bedeutung „gekoppelt mit".
Wie vorher erwähnt, sind bevorzugte Ausführungsformen der Pumpenkassetten nach der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert, dass die Pumpenkassette abnehmbar mit einer wiederverwendbaren Pumpenantriebseinheit gekoppelt werden kann, zum Beispiel einer reziprokierenden Pumpenantriebseinheit. „Abnehmbar gekoppelt", wie hier im Text benutzt, assoziiert die Pumpenkassette und die mechanische Pumpenantriebseinheit des Pumpensystems, und bezieht sich auf die Pumpenkassette, mit der es möglich ist, diese zu installieren und zu demontieren, nämlich von der Pumpenantriebseinheit, durch einen Benutzer des Systems, ohne dass die Pumpenantriebseinheit demontiert werden müsste, und sehr bevorzugt, ohne die Notwendigkeit des Einsatzes eines Werkzeugs.
Bei solchen Konfigurationen ist es vorzuziehen, dass jegliche Kolbenstange der Pumpenkassette so konstruiert und angeordnet ist, dass sie operativ mit der mechanischen Pumpenantriebseinheit assoziiert ist. Die Phrase „konstruiert und angeordnet, um operativ mit einer mechanischen Pumpenantriebseinheit assoziiert zu sein", wie im obigen Kontext benutzt, bezieht sich auf die Kolbenstange, die mit der Pumpenantriebseinheit gekoppelt ist, so dass es der Pumpenantriebseinheit möglich ist, eine Kraft auf die Kolbenstange aufzubringen und diese zu bewegen, und, falls vorhanden, den Kolben in dem Zylinder zu verlagern, um das Pumpen und die Förderung von Fluiden aus der Pumpenkassette zu bewirken.
Bei einigen besonderen bevorzugten Ausführungsformen ist die Pumpenkassette abnehmbar mit der Pumpenantriebseinheit gekoppelt, und die Pumpenantriebsein heit stützt und immobilisiert die Pumpenkassette während des Betriebs des Systems. „Stützt und immobilisiert", wie im obigen Kontext benutzt, bezieht sich auf die Pumpenantriebseinheit oder die Pumpenkassetten-Stützkomponente und/oder Pumpenkassetten-Aufnahmekomponente, oder zumindest auf ein Teil davon, so dass es ermöglicht ist, dass die Pumpenkassette Kräften/Drücken widersteht, die auf die Pumpenkassette aufgebracht werden, während des Betriebs, durch Absorption, Widerstand und/oder Umleitung von zumindest eines Teils solcher Kräfte, wodurch eine relative Bewegung zwischen zumindest einer Komponente der Pumpenkassette und der Pumpenantriebseinheit verhindert ist, sowie bei einigen Ausführungsformen der Ausfall oder die Leckage von Fluid aus der Pumpenkassette unterbunden ist.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen nach den erfindungsgemäßen Pumpensystemen, die abnehmbar angekoppelte Pumpenkassetten schaffen, sind die Pumpenkassette oder bestimmte Komponenten davon derart konfiguriert und konstruiert, dass sie lediglich für einen einmaligen Gebrauch vorgesehen sind, so dass die Verfahren zum Pumpen oder Infusionieren von Fluiden/Flüssigkeiten, wobei solche Pumpenkassetten eingesetzt werden, einen letzten Schritt umfassen, nämlich dass ein Teil der Pumpenkassette nach einem einmaligen Gebrauch weggeworfen wird. Wie es im Detail weiter unten beschrieben ist, können Pumpenkassetten für lediglich einen einmaligen Gebrauch konstruiert und konfiguriert werden, wobei zum Beispiel Kolben und Zylinder, Dichtkomponenten umfassen, die geopfert werden und die während des Betriebs einem Verschleiß unterliegen, so dass diese nach einem Betreiben für eine bestimmte Zeitspanne versagen würden, die gleich oder etwas länger ist als eine gewünschte Lebensdauer für eine bestimmte Einzelanwendung. Zum Beispiel, wenn die Pumpenkassette für eine chirurgische Prozedur (zum Beispiel zur Zufuhr einer Flüssigkeit, die unter hohem Druck steht, zu einer flüssigkeitsstrahlangetriebeen chirurgischen Schneideinrichtung) eingesetzt wird, kann das Dichtelement des Kolbens oder des Zylinders derart konstruiert sein, dass die Pumpenkassette dazu in der Lage ist, einen gewünschten Fluidzufuhrdruck mit einer akzeptablen Leckagerate zu erzeugen, über eine Zeitspanne von zumindest einer Stunde, aber zum Beispiel nicht für über 24 Stunden, so dass die Pumpenkassette nach einer einzigen chirurgischen Anwendung ausgetauscht werden muss.
Bei anderen Ausführungsformen kann die Pumpenkassette, anstatt dass sie ein Dichtelement aufweist, aus besseren und widerstandsfähigeren Materialien konstruiert werden, so dass die Pumpenkassette für längere Zeiträume und/oder einige chirurgische Eingriffe genutzt werden kann. Bei diesen Ausführungsformen ist es wünschenswert, dass die Pumpenkassette für eine einfache Demontage konfiguriert ist, um eine Reinigung und Sterilisation der Pumpenkassette zwischen den Einsätzen zu erlauben. Darüber hinaus kann bei einigen Ausführungsformen eine Komponente, die einer besonders hohen Abnutzung unterliegt, zum Beispiel das Dichtelement, derart konfiguriert sein, dass sie einfach und leicht innerhalb der Pumpenkassette auszutauschen ist. Dementsprechend kann bei einigen dieser Ausführungsformen ein Teil der Pumpenkassette, im Gegensatz zur gesamten Pumpenkassette, derart konstruiert und vorgesehen werden, dass dieser Teil nach einem einzigen Gebrauch ersetzt wird. Bei diesen Ausführungsformen umfassen vorzugsweise Abschnitte der Pumpenkassette, die für den mehrmaligen Gebrauch konfiguriert sind, Bauteile, die vom Fluid nicht benetzt werden, um so die gegenseitige Kontamination zwischen den Einsätzen zu minimieren.
In jedem Fall sollte, bei Ausführungsformen, bei denen die abnehmbar angekoppelten Pumpenkassetten eingesetzt werden, nämlich als Teil eines Verfahrens zum Pumpen oder Infusionieren einer Flüssigkeit zur Förderung zu einem Körper eines Patienten oder zu einem chirurgischen oder medizinischen Instrument, um eine medizinische Behandlung durchzuführen, die Pumpenkassette nach der Herstellung und vor dem Einsatz zum Pumpen sterilisiert werden, zum Beispiel durch Hitzesterilisation, Strahlungssterilisation, chemische Sterilisation oder ähnliches, was der Fachmann natürlich erkennt. Im allgemeinen zeichnen sich Ausführungsformen der Pumpenkassette, die als „konstruiert und konfiguriert, um nach einem einzigen Gebrauch weggeworfen zu werden" beschrieben werden, dadurch aus, dass sie aus einem relativ preiswertem Material konstruiert sind und zumindest eine Komponente darin umfassen, welches eine nutzbare Lebensdauer hat, welche nicht deutlich über eine maximale genannte Zeitspanne für einen einzigen Einsatz für eine gedachte Anwendung hinaus geht.
Die Pumpenkassetten, die nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden, können auf unterschiedliche Wege vorgesehen werden, wie es unten stehend im Detail diskutiert werden wird. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpenkassette mit einem „T-förmigen" Strömungsweg konfiguriert werden, welcher einen koaxialen Einlaßströmungsweg und einen Auslaßströmungsweg hat, von denen jeder in Fluidverbindung mit einem Zylinder steht, der eine Pumpkammer ausbildet, die eine Längsachse hat, die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Einlaßströmungsweges und des Auslaßströmungsweges verläuft. Gemäß einer anderen Konfiguration umfasst die Pumpenkassette einen „Y-förmigen" Strömungsweg, bei dem die Pumpenkassette einen Hauptkörper aufweist, der zwei parallele Strömungswege darin aufweist, sowie einen „Einlaß und einen Auslaß", die Seite an Seite und distal von der Pumpenkammer mit parallelen Längsachsen angeordnet sind, und die ebenso parallel zu der Längsachse des Zylinders verlaufen, der die Pumpenkammer ausbildet.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Pumpenkassette eine axial ausgerichtete Konfiguration auf, und ist zumindest zum Teil aus einer länglichen Röhre bzw. einer dünnwandigen Röhre gebildet. Bei solchen Ausführungsformen ist der Zylinder, der die Pumpkammer ausbildet, in der der Kolben und/oder die Kolbenstange sich hin und her bewegen und zumindest einer der Einlaß- bzw. Auslaßströmungswege der Pumpenkassette koaxial ausgerichtet zu und/oder ausgebildet in, oder enthalten in einer gemeinsamen Bohrung bzw. Öffnung in der länglichen Röhre bzw. der dünnwandigen Röhre. Die Begriffe „längliche Röhre" und „dünnwandige Röhre", sofern diese benutzt werden, um einen Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette zu beschreiben, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird, bezieht sich auf eine Pumpenkassette und deren Hauptkörper, der aus einer ringförmigen Röhre bzw. einem ringförmigen Schlauch gefertigt ist, der eine Wandstärke hat, die wesentlich geringer ist als der Außendurchmesser der Röhre und der Außendurchmesser ist wesentlich geringer als die Länge der Röhre. Bei einigen bestimmten Ausführungsformen können solche Pumpenkassetten aus preiswerten, einfach verfügbaren, biologisch kompatiblen und dünnwandigen Schläuchen bzw. Röhren konstruiert werden, zum Beispiel aus Röhren aus Edelstahl, so dass es möglich ist, dass mit solchen Ausführungsformen der Pumpenkassette sehr geringe Herstellungskosten pro Einheit verbunden sind. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Stützröhre (wegwerfbar oder nicht wegwerfbar) helfen, die dünnwandige Röhre abzustützen.
Im allgemeinen umfassen die Einlaß- und Auslaßströmungswege der Pumpenkassette, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden, jeweils zumindest ein Ventil darin, um eine Kontrolle der Strömung vorzusehen und/oder es zu ermöglichen, dass eine oder beide Leitungen wahlweise geöffnet und geschlossen werden können. Vorzugsweise ist zumindest eines dieser Ventile als ein Rückschlagventil ausgebildet und besonders bevorzugt umfassen sowohl der Einlaßströmungsweg als auch der Auslaßströmungsweg darin ein Rückschlagventil, um die Richtung der Fluidströmung durch die Pumpenkassette zu kontrollieren. Der Begriff „Rückschlagventil", der hier benutzt wird, bezieht sich auf ein Ventil, welches derart konstruiert und konfiguriert ist, dass es die Fluidströmung in einer Richtung entlang des Strömungswegs verhindern oder begrenzen kann, sowie es in der anderen Fluidströmungsrichtung die Fluidströmung erlauben kann, und zwar ohne oder mit deutlich weniger Widerstand gegenüber der Fluidströmung als in der zuerst genannten Richtung. Während bei einigen Ausführungsformen die Einlaß- und Auslaß-Rückschlagventile jeweils in der Einlaßleitung und in der Auslaßleitung angeordnet sein können, an einer Position entfernt von der Pumpenkassette, enthält in besonders bevorzugten Ausführungsformen die Pumpenkassette darin zumindest einen Teil von zumindest eines Auslaß-Rückschlagventils oder eines Einlaß-Rückschlagventils, und enthält besonders bevorzugt darin zumindest einen Abschnitt von jedem Rückschlagventil.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen auch eine Vielzahl von Rückschlagventil-Konfigurationen, die bevorzugt bei den Pumpenkassetten nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Die Ventile, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden, sind im allgemeinen konfiguriert, um ein Dichtelement und einen Ventilsitz zu umfassen, wobei ein Dichtkontakt zwischen dem Dichtelement und dem Ventilsitz vorliegt, um eine geschlossene Konfiguration des Ventils zu definieren. Ein „Ventildichtelement" oder „Dichtbauteil" eines Ventils bezieht sich auf den Teil eines Ventils, der den Kontakt mit dem Ventilsitz herstellt, und der primär dafür verantwortlich ist, dass Kräfte, die durch den Fluiddruck erzeugt werden, auf die
Oberfläche des Ventilsitzes übertragen werden, um eine druckdichte Abdichtung auszubilden. Bei bevorzugten Ausführungsformen bildet das Dichtelement des Ventils, wenn in abdichtendem Kontakt mit dem Ventilsitz, wobei das Ventil in einer geschlossenen Konfiguration positioniert ist, eine Abdichtung aus, die dazu in der Lage ist einer Druckdifferenz von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) zu widerstehen, ohne eine bemerkenswerte Leckage dort hindurch, in besonders bevorzugten Ausführungsformen zumindest 34,47 MPa (5000 psig), in einigen anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 55,16 MPa (8000 psig), in anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 103,42 MPa (15000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 137,90 MPa (20000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 206,84 MPa (30000 psig), und in noch anderen Ausführungsformen zumindest 344,74 MPa (50000 psig). Der Begriff „ohne bemerkenswerte Leckage" oder „im wesentlichen keine Leckage", wie im vorliegenden Kontext benutzt, bezieht sich auf einen Zustand, in dem praktisch keine Leckage auftritt oder in dem die Leckrate sich innerhalb tolerierbarer Grenzen hält, und zwar bei gewünschten Betriebsdrücken. Die Leckraten, die tolerierbar sind, variieren natürlich mit den einzelnen Pumpenkassettenkonfigurationen und den Pump- oder Infusions-Anwendungen, die durchgeführt werden; während des Hauptteils des Betriebs und nach jeglicher Anlaufzeitspanne liegen die Leckraten jedoch vorzugsweise bei weniger als 0,5% einer durchschnittlichen Pumpenströmungsrate der Pumpenkassette im Betrieb, und liegen besonders bevorzugt bei weniger als 0,1%, sowie noch weiter bevorzugt bei etwa 0,05% und am meisten bevorzugt bei weniger als etwa 0,02%. Leckage-Raten während jeglicher Anlaufzeit des Betriebs des Kolbens, zum Beispiel während der ersten 1000 Hubbewegungen oder so, können höher liegen, zum Beispiel bis zu 5% einer durchschnittlichen Pumpenströmungsrate der Pumpenkassette während dieser Zeitspanne im Betrieb.
Bei einigen Ausführungsformen umfassen die Pumpenkassetten, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, zumindest ein Ventil, welches einen Ventilsitz und ein Dichtelement umfasst, wobei das Dichtelement eine im allgemeinen konkave Schließfläche aufweist, die positioniert ist, um dem Ventilsitz gegenüberzuliegen, wenn das Ventil in einer operativen Konfiguration zusammen gebaut ist. Die strukturellen Details einer solchen Konfiguration sind weiter unten im Detail beschrieben.
Der Begriff „konkav", wie oben im Kontext benutzt, bezieht sich auf die Oberfläche, die eine bogenförmige Konfiguration aufweist, die kurvig oder teilweise gekrümmt ist oder aus einer Reihe von untereinander verbunden geraden oder flachen Segementen besteht. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Ventile, die die Dichtelemente haben, die konkave Schließflächen aufweisen, ist das Dichtelement aus einem elastischen Material ausgebildet, welches bei bestimmten Ausführungsformen das gleiche elastische Material sein kann aus dem der integrierte Kolben und/oder das Dichtelementbauteil des Kolbens und/oder des Zylinders ausgebildet ist. Ein solches Material kann, wie weiter unten im Detail beschrieben, ein Polymer-Material sein, vorzugsweise ein nicht-elastomeres Polymer-Material. Wie weiter oben diskutiert, ist bei einigen bevorzugten Ausführungsformen das Ventil der Pumpenkassette als ein Rückschlagventil konfiguriert. Bei diesen Ausführungsformen kann das Dichtelement, wie oben beschrieben, zumindest einen Teil eines Sitzes (poppet) des Rückschlagventils ausbilden. Der Sitz umfasst bei einigen Ausführungsformen einen steifen Einsatz, vorzugsweise metallisch und vorzugsweise in der Mitte des Sitzes positioniert, und kann einen Abschnitt der Schließfläche bilden, die die Öffnung in dem Ventilsitz abdeckt. In dieser Hinsicht widersteht der steife Einsatz dem Eindringen in die Öffnung, wenn er unter Druck steht. Der Begriff „Sitz", wie hier benutzt, bezieht sich im allgemeinsten Sinne auf ein axial verlagerbares Teil eines Rückschlagventils, welches ein Dichtelement des Ventils trägt oder damit verbunden ist.
Bei einigen Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei den Ausführungsformen, die eine Pumpenkassette umfassen, die eine axiale Konfiguration haben, ist der Kolben und/oder die Kolbenstange der Pumpenkassette konfiguriert, um ein Ventil zu umfassen oder um zumindest teilweise zumindest ein Ventil auszubilden. Der Begriff „umfasst oder zumindest formt teilweise ein Ventil aus" oder „umfasst oder formt zumindest teilweise ein Ventil aus", falls benutzt, um bestimmte Kolben und/oder Kolbenstangen zu beschreiben, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, bezieht sich auf Konfigurationen, bei denen eine oder mehrere Komponenten, die das Ventil ausbilden, entweder in Kontakt mit oder zumindest teilweise enthalten sind in dem Kolben und/oder der Kolbenstange (sind), oder wobei zumindest ein Teil des Ventils, zumindest teilweise, aus einer Oberfläche oder einer Komponente des Kolbens und/oder der Kolbenstange ausgebildet ist. Bei einigen dieser Ausführungsformen, wie unten im Detail beschrieben, kann der Kolben als ein Floating-Kolben konfiguriert sein, der relativ zu der Kolbenstange verlagerbar ist, und der als Teil seiner Struktur eine sekundäre Dichtkomponente umfasst, die die Dichtkomponente eines Rückschlagventils der Pumpenkassette umfasst. Wie unten erläutert und beschrieben, sind solche Floating-Kolben-Rückschlagventile sehr nützlich und vorzugsweise als Einlaß-Rückschlagventil der Pumpenkassette ausgebildet, wobei die Ventilsitze für solche Ventile typischerweise an einer distalen Endfläche einer Kolbenstange ausgebildet sind, an der der Floating-Kolben angekoppelt ist. Bei noch weiteren Ausführungsformen können die Kolben und/oder Kolbenstangen mehr als ein Ventil umfassen oder zumindest teilweise mehr als ein Ventil ausbilden, zum Beispiel zwei Ventile (zum Beispiel beide, ein Einlaß- und ein Auslaß-Rückschlagventil der Pumpenkassette).
Die erfindungsgemäßen Pumpensysteme, die erfindungsgemäßen Pumpenkassetten und Pumpverfahren werden im folgenden im Detail beschrieben werden, und zwar im Kontext mit mehreren spezifischen Ausführungsformen, die in den zugehörigen Figuren dargestellt sind. Es ist so zu verstehen, dass die Ausführungsformen, die beschrieben werden, lediglich für erläuternde Zwecke dienen und dass die neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie in den angehängten Patentansprüchen aufgeführt, auch auf andere Art und Weise praktiziert werden können oder für Systeme und Verfahren eingesetzt werden können, die andere Konfigurationen aufweisen, was dem Fachmann jedoch geläufig ist.
Die 1, 2A bis 2C und 3 illustrieren eine Ausführungsform einer Pumpenkassette 100, die nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Die Pumpenkassette 100 ist mit einem „Y-förmigen" Fluidströmungsweg konfiguriert. Insbesondere umfasst der Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 (am besten in den 2A und 2B zu sehen) darin drei Bohrungen 104, 106 und 108, die jeweils Längsachsen 110, 112 und 113 haben, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die Bohrung 104 umfasst eine zylinderausbildende Pumpenkammer 114 der Pumpenkassette 100. Der Zylinder 104 ist in dem proximalen Teil des Hauptkörperab schnitts 102 angeordnet, während die Bohrungen 106 und 108 in der distalen Oberfläche 116 des Hauptkörperabschnitts 102 angeordnet sind, wobei jede ihrer Längs achsen seitwärts zu der Längsachse 110 des Zylinders 104 versetzt angeordnet ist, so dass die gesamte Konfiguration einem „Y" ähnlich ist. Die Bohrungen 106 und 108 stehen in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer 114, über die Öffnungen 118 und 120, die jeweils in dem Hauptkörperabschnitt 102 ausgebildet sind. Eine „Pumpenkammer", wie hier im Kontext mit der Pumpenkassette benutzt, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, bezieht sich auf einen Zylinder (vorzugsweise ein kreisförmiger Zylinder, jedoch bei anderen Ausführungsformen kann der Zylinder im wesentlichen jede Umkreisform haben) oder einen Teil davon, in dem ein Kolben und/oder eine Kolbenstange gleiten oder sich hin und her bewegen, wenn die Pumpenkassette in Betrieb ist.
Der Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 kann aus einem breiten Spektrum von Materialien konstruiert werden, wie es für den Fachmann offensichtlich ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Hauptkörperabschnitt 102 aus einem sterilisierbaren und biologisch kompatiblen Material gefertigt, welches geeignet ist zum Zwecke der medizinischen/chirurgischen Pumpenanwendungen. In einer erläuterten Ausführungsform ist der Hauptkörperabschnitt 102 aus einem Chirurgenstahl bzw. Edelstahl konstruiert, welcher maschinell bearbeitet worden ist, um die unterschiedlichen Bohrungen, Nuten und Merkmale, die in den Figuren erläutert sind, auszubilden.
Bei einer erläuterten Ausführungsform ist der Hauptkörperabschnitt 102 aus Materialien und mit Abmessungen und Wandstärken konstruiert, die ausgewählt sind, um es zu ermöglichen, dass die Pumpenkassette dem maximalen anzunehmenden Betriebsdruck der Pumpenkassette (zum Beispiel zumindest 6,90 MPa (1000 psig)) widersteht, ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Unterstützung, um das mechanische Scheitern des Hauptkörperabschnitts 101 zu vermeiden. Bei einigen Ausführungsformen kann jedoch, insbesondere wenn niedrige Kosten und eine einfache Herstellung insbesondere kritisch sind, der Hauptkörperabschnitt 102 aus Materialien und/oder mit Abmessungen und Dicken konstruiert sein, die den Hauptkörperabschnitt unfähig machen, dem anzunehmenden Betriebsdrücken zu Wiederstehen, ohne zusätzliche Mittel einer externen Unterstützung. Wie es im Detail unten noch im Kontext zu den 6A und 6B beschrieben werden wird, kann eine Stützauf nahmestruktur vorgesehen werden, um einen Teil einer wiederverwendbaren Pumpenantriebseinheit auszubilden, um diese mit der Pumpenkassette zu koppeln, wobei die Stützaufnahmestruktur derart konfiguriert werden kann, dass sie mit dem Hauptkörperabschnitt zusammen passt und diesen unterstützt, so dass dieser dazu in der Lage ist, einem viel höheren Betriebsdruck zu widerstehen, ohne dabei kaputt zu gehen, wenn er durch die Stützaufnahmestruktur unterstützt wird, verglichen mit einem Hauptkörperabschnitt, der nicht derart unterstützt ist. Bei solchen Ausführungsformen kann der Hauptkörperabschnitt 102 zum Beispiel aus einer Reihe von leichtgewichtigen und preiswerten Materialen, zum Beispiel Polymere Materialen, konstruiert werden. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen der Hauptkörperabschnitt 102 mittels Einspritzgiessen von aus einer Reihe von gut bekannten steifen oder halbsteifen Plastikmaterialien konstruiert werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen, die Hauptkörperabschnitte der Pumpenkassette umfassen, die aus einem Polymer-Material konstruiert sind, welches nicht-operativ druckunterstützend ist, umfassen die Zylinder, in denen sich die Kolben hin und her bewegen, einen dünnwandigen Abschnitt aus einer Metallröhre, zum Beispiel eine Edelstahlröhre, die in den Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette eingegossen oder eingepreßt ist.
Die Pumpenkassette 100 umfasst auch einen Kolben 122, der derart konstruiert und angeordnet ist, dass er innerhalb des Zylinders 104 sich gleitend verlagern und hin und her bewegen kann. Der Kolben 122 ist mit der Kolbenstange 124 gekoppelt, die wiederum mit einer mechanischen Pumpenantriebseinheit (erläutert in den 6A bis 6B) koppelbar ist, und zwar mittels des Kupplungsbereichs 126 der mechanischen Pumpenantriebseinheit. Der spezifische Aufbau des Kolbens 122 und der Kolbenstange 124 wird weiter unten im Detail und im Kontext mit der 3 beschrieben. Der Kolben 122 umfasst, wie in der Ausführungsform gezeigt, eine einstückige kappenförmige Struktur, die über das distale Ende 128 der Kolbenstange 124 aufgegossen ist. Wie es weiter unten im Detail beschrieben wird, mit Bezug zu der 3 und den 4A und 4B, können die besondere Konfiguration und die Materialien der Konstruktion des Kolbens 122 innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung varriert werden.
Wie es in der 1 gezeigt ist, umfasst der Kolben 122 eine einstückig ausgebildete, vorzugsweise durch Einspritzgiessen hergestellte, polymere Komponente, welche als Teil ihrer Struktur eine kreisumfangsförmige Dichtkomponente 130 umfasst, die einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt 132 aufweist, die mit der innenliegenden Oberfläche 134 des Zylinders 104 während des Betriebs in Kontakt steht. Bei der gezeigten Ausführungsform wird der Kolben 122 direkt auf das distale Ende 128 der Kolbenstange durch Einspritzgiessen aufgebracht, an der ein Sicherungsflansch 136 und Sicherungskerben 138 vorgesehen sind, um die und in die der Kolben 122 eingegossen wird, wodurch der Kolben 122 an der Kolbenstange während des Betriebs sicher festgelegt ist. Es ist so zu verstehen, dass bei anderen Ausführungsformen der Kolben an der Kolbenstange mit einer Reihe von anderen Arten gesichert werden kann. Zum Beispiel kann der Kolben bei anderen Ausführungsformen an der Kolbenstange beispielsweise chemisch und/oder thermisch gebondet oder geschweißt und damit befestigt werden, oder durch den Gebrauch unterschiedlicher Befestigungsmittel, zum Beispiel mittels Nieten, Schrauben, Draht, Stifte usw., wie es für den Fachmann offensichtlich ist, oder alternativ können der Kolben und die Kolbenstange eine einzige integrale Komponente umfassen, die aus dem gleichen Material konstruiert ist. Der Kolben oder die Kolbenstange oder beides können auch mit einem Gewinde versehen werden, um das Koppeln und/oder die Anbringung zu erleichtern.
Wie es weiter unten im Detail und mit Bezug zu den 3 und 4C beschrieben ist, ist der Kolben 122 aus einem nicht-elastomeren und vorzugsweise halbsteifen Plastik gebildet, der in seinen Dimensionen stabil ist, aber bestimmte irreversible Verformungseigenschaften zeigt, und zwar innerhalb des Bereichs der Betriebsdrücke und der anzunehmenden Konditionen. Bevorzugtes Plastik umfasst kristalline Polymere oder halbkristalline Polymere, oder amorphe Polymere, die eine Glasübergangstemperatur haben, die höher liegt als die Betriebstemperatur der Pumpenkassette.
Der Kolben 122 kann möglicherweise aus einem breiten Spektrum von Plastikmaterialien konstruiert werden, beispielweise, aber nicht beschränkt darauf, aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Polypropylen, hochdichtes Polyethylen, Polyvinylchlorid, Po lyamid, Polyimid, Polyarylimid, Polyacetat, Polysulfon, Polystyrol, und Mischungen daraus, usw., wie es dem Fachmann geläufig ist. Solche Plastikmaterialien umfassend Füllstoffe können auch benutzt werden. In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann der Kolben 122 aus einem Plastik aufgebaut sein, der bestimmte mechanische und Material-Eigenschaften hat, wie unten diskutiert, die es dem Kolben ermöglichen, eine gewünschte Verformung, Abdichtung und Abnutzungseigenschaften zu zeigen. Besonders nützliche Plastikmaterialien weisen diese Eigenschaften auf, wobei eine besonders bevorzugte Ausführungsform diese Materialien zur Ausbildung des Kolbens 122 einsetzt, und andere Kolben, wie unten für andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, sind aus Nylon 6-6, Acetat-Polymer, beispielsweise Polyoxymethylen (DELRIN^TM) und Polyimiden.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen ist der Kolben 122 derart dimensioniert und konfiguriert, wie unten diskutiert, dass während zumindest eines Teils des Betriebes der Pumpenkassette 100 eine Abdichtung zwischen dem aufgeweiteten Dichtflansch 132 des Kolbens 122 und einer innenliegenden Oberfläche 134 des Zylinders ausgebildet ist, die in der Lage ist, einer Druckdifferenz über der Abdichtung von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) zu widerstehen, ohne eine bemerkenswerte Leckage an Fluid dort hindurch, sowie deutlich bevorzugt zumindest 34,47 MPa (5000 psig), bevorzugt zumindest 55,16 MPa (8000 psig), bevorzugt zumindest 103,42 MPa (15000 psig), bevorzugt zumindest 137,90 MPa (20000 psig), bevorzugt zumindest 206,84 MPa (30000 psig), und besonders bevorzugt zumindest 344,74 MPa (50000 psig). Wie oben beschrieben, umfasst in der erläuterten Ausführungsform der Kolben 122 vorzugsweise ein einstückiges integral ausgebildetes Bauteil, in dem die Dichtkomponente 130 und ein Hauptkörperabschnitt 140 des Kolbens ein einstückiges Element aufweisen. In anderen Ausführungsformen können jedoch die Dichtkomponente und der Hauptkörper des Kolbens auch nicht-integral ausgebildet sein und anstatt dessen kann die Dichtkomponente ein getrenntes oder abtrennbares Element umfassen, welches mit dem Kolben verbunden ist, entweder steif (zum Beispiel durch Kleben, Schweißen, Bonden, usw.) oder nicht steif und/oder verlagerbar ist (beispielsweise könnte die Dichtkomponente einen kreisumfangsförmigen Flansch oder Ring aufweisen, der zumindest teilweise innerhalb einer Nut, eines Kanals oder in anderen Sitzmitteln innerhalb des Kolbens positioniert ist). Bei bevorzugten Ausführungsformen, wie erläutert, erstreckt sich der aufgeweitete Dichtflansch 132 der Dichtkomponente 130 weg von dem Hauptkörperabschnitt 140 des Kolbens 122, zumindest axial, und vorzugsweise axial, radial und distal, sowie er vorzugsweise verschwenkbar flexibel mit Bezug zu dem Hauptkörperabschnitt des Kolbens ist.
Die Kolbenstange 124 kann aus einer breiten Vielfalt von Materialien konstruiert sein, zum Beispiel aus Materialien, die oben beschrieben worden sind, die geeignet sind den Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 und/oder des Kolbens 122 zu bilden. Die gewählten Materialien sollten eine ausreichende Festigkeit und Dauerhaftigkeit aufweisen, um es der Kolbenstange zu ermöglichen, den Kräften zu widerstehen und diese zu übertragen, die durch die mechanische Pumpenantriebseinheit (nicht gezeigt) auf den Kolben aufgebracht wird, um die Fluide zu pumpen, nämlich bei den anzunehmenden Betriebsdrücken der Pumpenkassette. Nach einer Ausführungsform ist die Kolbenstange 124 aus Aluminium gefertigt. In der erläuterten Ausführungsform umfasst der Kopplungs- bzw. Kupplungsbereich 126 der mechanischen Pumpenantriebseinheit des Kolbens 124 an seinem distalen Ende einen kreisringförmigen Lastaufnahmeflansch 142, der derart ausgelegt ist, dass er den überwiegenden Teil der bzw. vorzugsweise die gesamte Belastung aufnimmt, die durch die mechanische Pumpenantriebseinheit aufgebracht wird, während eines Ausstoßhubes der sich in Betrieb befindlichen Pumpenkassette. Der Bereich 126 umfasst weiterhin eine Kupplungskerbe 144, die derart konfiguriert ist, dass sie mit einem Vorsprung, Ring oder einem anderen Schnellverbindungsmechanismus der mechanischen Pumpenantriebseinheit zusammen passt, um es zu ermöglichen, dass eine einfache Einschnapp-Kopplung der Kolbenstange und eines hin- und hergehenden Stößels einer mechanischen Pumpenantriebseinheit (nicht gezeigt) erfolgen kann. Es ist so zu verstehen, dass die Form und der Kopplungsmechanismus, die ausgewählt werden, um die Kolbenstange 124 mit dem hin- und hergehenden Stößel der mechanischen Pumpenantriebseinheit zu koppeln, nicht besonders kritisch sind und dass bei anderen Ausführungsformen aus einer extrem breiten Vielfalt von Formen und Konfiguration ausgewählt sein können, so wie es für einen Fachmann offensichtlich ist. Zum Beispiel könnte die Kolbenstange, anstatt des erläuterten Umfassens des Schnellverbindungsmechanismus, mit dem hin- und hergehenden Stößel mittels einer eher permanenten Verbindung verbunden sein, wie etwa eine Verbindung, die eine Gewindekupplung, Muttern und Schrauben, usw. umfasst oder alternativ kann die Kolbenstange permanent mit dem hin- und hergehenden Stößel verbunden werden, zum Beispiel durch Schweißen, etc. Bei einer weiteren Ausführungsform könnte die Kolbenstange und der hin- und hergehende Stößel der mechanischen Pumpenantriebseinheit ein einziges integrales Element umfassen, wobei dieses Element abnehmbar von der Pumpenkassette ist, und bei einigen Ausführungsformen könnte auch der Kolben abnehmbar sein, der Teil des wiederverwendbaren Systems ist (zum Beispiel in den 7, 8A und 8B).
Die Pumpenkassette 100 umfasst darüber hinaus eine optionale flexible Hülle 146, die vorgesehen ist, um zu verhindern, das Material aus der Umgebung die Pumpenkammer 114 verunreinigt sowie die Fluidströmungswege innerhalb der Pumpenkassette über den Eingang in den Zylinder 104 durch die sich bewegende Abdichtung verunreinigt, die zwischen dem Kolben, in einigen Fällen der Kolbenstange, und der innenliegenden Oberfläche 134 des Zylinders ausgebildet ist. Das Vorsehen einer solchen flexiblen Hülle oder „Biodichtung" ist insbesondere dann wünschenswert, wenn die Pumpenkassette für medizinische oder chirurgische Pumpanwendungen eingesetzt wird. Wie es in der 1 dargestellt ist, umfasst die flexible Hülle 146 einen ersten Dichtring 148, der in Dichtkontakt mit der Kerbe 150 der Kolbenstange 124 positioniert ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Dichtring 148 der flexiblen Hülle 146 innerhalb der Kerbe 150 mittels einer adhäsiven Dichtung 152 abgedichtet. Bei anderen Ausführungsformen kann der Dichtring 148 in dichtendem Kontakt mit einem Abschnitt der Kolbenstange positioniert werden, und zwar nahe dem Zylinder der Pumpenkassette, mittels eines beliebigen Dichtmittels aus einem breiten Spektrum von dem Fachmann gut bekannten Dichtmitteln. Am proximalen Ende umfasst die flexible Hülle 146 einen Flansch 154, der in einer Nut 156 des Hauptkörperabschnitts 102 der Pumpenkassette 100 positioniert ist. Der Flansch 154 ist in dichtendem Kontakt in der Kerbe 156 komprimiert, und zwar nach dem Ankoppeln mit der komplementär geformten Aufnahmestruktur des wieder verwendbaren mechanischen Pumpenantriebs (siehe 6A und 6B). Wie dargestellt, ist ein O-Ring 158 vorgesehen, der integral mit dem Flansch 154 oder auch separat davon vorgesehen sein kann, um die Kompressionskräfte weiter zu verstärken, die den Flansch 154 in der Kerbe 156 des Hauptkörperabschnitts 102 der Pumpenkassette 100 abdichten. Die flexible Hülle 146, die eine statische Biodichtung ausbildet, um die Verunreinigung der Pumpenkammer 114 zu vermeiden, kann aus einem breiten Spektrum von flexiblen und/oder elastischen Materialien konstruiert werden, zum Beispiel aus einer Vielzahl von natürlichen Gummis und synthetischen Polymeren, wie es dem Fachmann geläufig ist. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die flexible Hülle aus einem einspritzgegossenem thermoplastischen Elastomer konstruiert, wie etwa KRATON^® Polymer (zum Beispiel DYNAFLEX^® G2712 mit einer Shore A Härte von etwa 43).
Bevorzugte Pumpenkassetten nach der vorliegenden Erfindung, wenn zusammen gebaut und für den Betrieb konfiguriert, umfassen einen Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette, der eine außenliegende Oberfläche hat, die zumindest eine Bohrung darin hat, die zumindest einen Abschnitt eines Körperabschnitts eines Ventils aufnimmt, welches in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer steht. Ein „Körperabschnitt eines Ventils", wie hier benutzt, bezieht sich auf eine Stützstruktur des Ventils, welches enthält bzw. zumindest teilweise umgibt, nämlich zumindest einen Abschnitt der sich bewegenden Teile des Ventils, oder die einen Ventilsitz des Ventils ausbildet, oder die wirkt und direkt abstützt, um eines oder mehrere der bewegten Teile des Ventils innerhalb einer Bohrung der Pumpenkassette zu positionieren.
Bei der Ausführungsform, die in der 1 dargestellt ist, nehmen die Bohrungen 106 und 108 jeweils das Einlaß-Rückschlagventil 159 und das Auslaß-Rückschlagventil 160 auf. Das Einlaß-Rückschlagventil 159 umfasst einen Körperabschnitt 162 des Ventils, von dem ein Teil innerhalb des Anschlusses 106 positioniert ist. Der Körperabschnitt 162 des Einlaß-Rückschlagventils 159 umfasst einen Abschnitt einer Einlaßmuffe 164, die wiederum mit der Einlaßröhre 166 über eine Röhrenverbindung 168 für niedrigen Druck verbunden ist. Auf ähnliche Art und Weise umfasst das Auslaß-Rückschlagventil 160 einen Körperabschnitt 170, der einen Abschnitt der Auslaßmuffe 172 aufweist, die wiederum mit der Auslaßleitung 174 für hohen Druck verbunden ist, nämlich über eine Röhrenverbindung 176 für hohen Druck, umfassend eine Preßhülse 178. Wie gezeigt, bilden beide, die Einlaßmuffe 164 und die Auslaßmuffe 172 eine druckdichte Abdichtung relativ zu der innenliegenden Oberfläche der Bohrungen, in die sie eingesetzt sind, und zwar mittels des Einsetzens eines O-Rings (180, 182 jeweils für die Einlaßmuffe und die Auslaßmuffe). Da die Dichtungen, insbesondere die Dichtung an der Auslaßmuffe 172, möglicherweise einer hohen Druckdifferenz ausgesetzt sind, zum Beispiel kann die Auslaßdruckdifferenz 1000 psi für die Auslaßdichtung bei bevorzugten Ausführungsformen überschreiten, sind die O-Ringe (180, 182) überdimensioniert und relativ zu den Nuten 184, 185 in der Einlaßmuffe 164 und der Auslaßmuffe 172 jeweils unterschiedlich ausgeformt, in die sie eingesetzt werden, sowie sie darüber hinaus im unbelasteten Zustand eine andere Querschnittsform aufweisen als die der Nuten (zum Beispiel haben die O-Ringe in den dargestellten Ausführungsformen einen kreisringförmigen Querschnitt, während die Nuten einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen), so dass, wenn sie in den Nuten komprimiert werden, die O-Ringe einen effektiven plastischen Modulus zeigen, der sich dem von Hartplastik oder weichem Metall annähert, so dass eine effektive Hochdruckabdichtung erreicht ist. Solche Hochdruck-O-Ring-Dichtungen sind im Detail in den US-Patenten Nr. 5,713,878 und 6,216,573 des Anmelders beschrieben.
Die Einlaßmuffe 164 und die Auslaßmuffe 172 können in dem Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 durch eine Vielzahl von Mitteln gesichert werden, wie es für den Fachmann offensichlich ist. Bei einigen Ausführungsformen können die Muffen zum Beispiel mittels Gewindeverbindungen, mittels Anschweissen, mittels Einpressen, usw. gesichert werden. Bei der gezeigten Ausführungsform und wie es im Detail weiter unten mit Bezug zu den 6A und 6B beschrieben ist, sind jedoch die Einlaßmuffe und die Auslaßmuffe nicht fest bzw. steif oder permanent an dem Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 angebracht, sondern jede Muffe ist derart geformt, dass sie einen Schulterflansch 352 umfasst, der, wenn die Pumpenkassette mit der Aufnahmestruktur, die in den 6A und 6B dargestellt ist, gekoppelt wird, gegen die distale Oberfläche 116 des Hauptkörperabschnitts 102 gedrückt wird, so dass verhindert wird, dass die Muffen durch den Fluiddruck in der Pumpenkammer 114 ausgestoßen werden und eine Hochdruckabdichtung erzeugt ist und aufrechterhalten wird, nämlich zwischen den Muffen und der inneren Oberfläche der Bohrung, in die sie eingesetzt sind. Es ist anzumerken, dass dementsprechend vor dem Ankoppeln der Pumpenkassette 100 an der Aufnahmestruktur, die Einlaß- und Auslaß-Rückschlagventile 159 und 160 bei dieser Ausführungsform nicht dazu in der Lage sind, die typischen Betriebsdrücke zu halten, die von der Pumpenkassette während des Betriebs erzeugt werden.
Das Einlaß-Rückschlagventil 159 und das Auslaß-Rückschlagventil 160 umfassen jeweils einen Ventilteller 186 (poppet), der das Dichtelement 188 jedes Ventils ausbildet. Der Ventilteller 186 und das Dichtelement 188 sind weiter unten und unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C im Detail beschrieben. Das Einlaß-Rückschlagventil 159 und das Auslaß-Rückschlagventil 160 sind im Design und der Konfiguration ähnlich ausgebildet, mit der Ausnahme das die Ventilteller und die Dichtelemente in ihrer Konfiguration umgedreht sind, so dass das Einlaß-Rückschlagventil 159 die Strömung in der Richtung des Pfeils 190 erlaubt, sowie es die Strömung in der zum Pfeil 190 entgegengesetzten Richtung unterbindet. Umgekehrt ist das Auslaß-Rückschlagventil 160 derart konfiguriert, dass es die Fluidströmung in Richtung des Pfeils 192 erlaubt, es jedoch die Fluidströmung in einer entgegengesetzten Richtung zum Pfeil 192 verhindert. Das Einlaß-Rückschlagventil 159 umfasst einen Ventilsitz 194, der an der distalen Oberfläche des Körperabschnitts 162 des Ventils ausgebildet ist. Der Ventilteller 186 des Einlaß-Rückschlagventils 159 wird normalerweise durch das Druckelement 196 unter Spannung gehalten, so dass das Dichtelement 188 in dichtendem Kontakt gegen den Ventilsitz 194 gepreßt wird. Ähnlich umfasst das Auslaß-Rückschlagventil 160 einen Auslaß-Ventilsitz 198, der eine proximale Oberfläche der Bohrung 108 umfasst, sowie es weiterhin einen Ventiltetller 186 und ein Druckelement 196 umfasst, die derart konfiguriert sind, dass das Dichtelement 188 des Ventiltellers gegen den Auslaß-Ventilsitz gedrückt wird. Die Dichtelemente 188 der Ventilteller 186 umfassen jeweils eine Schließfläche 200, die den Ventilsitzen benachbart positioniert ist und ihnen gegenüberliegt. Die Dichtelemente 188 umfassen ebenso eine am Umfang umlaufende Dichtlippe 202 (am besten in den 5A bis 5C zu erkennen), die von einem Abschnitt der Schließfläche in Richtung des Ventilsitzes vorsteht. Eine „am Umfang umlaufende Dichtlippe", wie hier benutzt, bezieht sich auf eine Oberfläche eines Dichtelements eines Ventils, umschreibend den Perimeter einer ebenen Fläche, wobei dieser Bereich einen Bereich eines Ventilsitzes komplett überlappt, der eine Öffnung bzw. Öffnungen ausbildet, wenn das Dichtelement sich in Kontakt mit dem Ventilsitz befindet. Die Druckelemente 196, wie dargestellt, sind Schraubenfedern; wie es jedoch für den Fachmann offensichtlich ist, kann eine breite Vielfalt von anderen Druckelementen anstatt der dargestellten Schraubenfedern alternativ benutzt werden, solange diese im wesentlichen die gleiche Funktion erfüllen.
Die Dichtelemente 188 nach den bevorzugten Ausführungsformen, wenn diese in dichtendem Kontakt mit einem Ventilsitz in einer geschlossenen Konfiguration positioniert sind, bilden eine Abdichtung aus, die dazu fähig ist, einer Druckdifferenz von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) zu widerstehen, ohne eine bemerkenswerte Fluidleckage dort hindurch, in besonders bevorzugten Ausführungsformen von zumindest 34,47 MPa (5000 psig), in einigen anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 55,16 MPa (8000 psig), in anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 103,42 MPa (15000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 137,90 MPa (20000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 206,84 MPa (30000 psig), und in noch anderen Ausführungsformen zumindest 344,74 MPa (50000 psig) zu widerstehen.
Bezugnehmend auf die 2A bis 2C, zeigt die 2A eine dreidimensionale perspektivische Ansicht des Hauptkörperabschnitts 102 der Pumpenkassette 100, gezeigt ohne die Einlaß- und Auslaß-Rückschlagventile, ohne die flexible Hülle, und ohne die Kolben/Kolbenstangen-Anordnung, um eine klare Darstellung zu gewährleisten. In der 2A ist die Form und Kontur des Hauptkörperabschnitts 102 der Pumpenkassette 100 am besten zu erkennen. Wie es weiter unten mit Bezug zu den 6A und 6B im Detail beschrieben ist, ist bei bevorzugten Ausführungsformen die Aufnahmestruktur, die von der mechanischen Pumpenantriebseinheit und der Pumpenkassette geschaffen wird, derart geformt und konfiguriert, dass diese angekoppelt werden kann, und zwar in operativer Zugehörigkeit, wenn die Pumpenkassette in lediglich einer vorbestimmten Orientierung installiert ist. Wie unten beschrieben, umfasst der Hauptkörperabschnitt 102 an einer Umfangsfläche daran eine Ausrichtungskerbe 103, die derart geformt und positioniert ist, dass sie mit der Aufnahmestruktur nur dann zusammen passt, wenn die Pumpenkassette in der einzigen vorbestimmten operativen Konfiguration orientiert ist.
Die 2B und 2C zeigen den Hauptkörperabschnitt 102 der 2A im Querschnitt. Wie es in der 2B gezeigt ist, umfasst jede der Bohrungen 104, 106 und 108 vorzugsweise jeweils abgeschrägte innere Oberflächenbereiche 204, 206 und 208, die das Einsetzen der Bauteile (zum Beispiel den Kolben 122, die Einlaßmuffe 164 und die Auslaßmuffe 172) bei der Montage erleichtern. Die abgeschrägte innere Oberfläche 204 des Zylinders 104 ist an einem proximalen Ende des Zylinders angeordnet, in welches Ende der Kolben 122 eingesetzt wird, wenn die Pumpenkassette zusammen gebaut bzw. montiert wird. Der maximale innere Durchmesser D1 der abgeschrägten Fläche ist derart groß gewählt, dass er den maximalen äußeren Durchmesser des Kolbens 11 übersteigt, wenn sich der Kolben in seiner Ruhekonfiguration vor dem ersten Einsetzen des Kolbens in den Zylinder befindet. Der minimale innere Durchmesser der abgeschrägten inneren Fläche 210 (in der 2C am besten zu sehen) übersteigt vorzugsweise nicht den maximalen äußeren Durchmesser des Kolbens, wenn sich der Kolben in seiner Ruhekonfiguration vor dem ersten Einsetzen des Kolbens in den Zylinder befindet, und vorzugsweise ist er im wesentlichen gleich dem Durchmesser D2 des Abschnitts des Zylinders 104, der die Pumpenkammer 114 umfasst. Wie es am besten in der 2C zu sehen ist, umfasst der Zylinder 104 an seinem proximalen Ende in der bevorzugten Ausführungsform einen Kolbenlagerbereich 212, der distal zu der abgeschrägten inneren Fläche 204 positioniert ist und proximal zu der Pumpenkammer 114 des Zylinders positioniert ist.
Ein „Kolbenlagerbereich", wie hier benutzt, bezieht sich auf einen Bereich des Zylinders, in den der Kolben eingesetzt wird und während des Versendens und der Lagerung gehalten wird, also vor dem Einsatz der Pumpenkassette zum Pumpen. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kolbenlagerbereich 212 eine am Umfang umlaufende Einrückung in dem Zylinder 104, die eine Form und Kontur hat, die der Form und der Kontur einer außenliegenden, der Zylinderwand gegenüberliegenden Oberfläche (zum Beispiel Oberfläche 214) des Kolbens entspricht, und die einen maximalen inneren Durchmesser hat (gleich dem gezeigten D1), der den maximalen äußeren Durchmesser des Kolbens übersteigt, wenn sich der Kolben in seiner Ruhekonfiguration vor dem ersten Einsetzen des Kolbens in den Zylinder befindet. Der Kolbenlagerbereich kann zwei Funktionen erfüllen. Zuerst kann der Lagerbereich den aufgeweiteten Dichtflansch des Kolbens aufnehmen, ohne dabei ei nen deformierenden Druck auf den Kolben auszuüben. Damit ist es ermöglicht den Kolben mit zu sterilisieren, mit dem Rest der Anordnung und er kann an Ort und Stelle während des Versendens gelassen werden, ohne das Druck auf den aufgeweiteten Dichtflansch ausgeübt würde, was ihn im Laufe der Zeit verformen könnte. Weiterhin schafft die Verengung des Kolbenlagerbereichs (im abgeschrägten Bereich 216) auf den Innendurchmesser der Pumpenkammer einen Widerstand gegenüber dem anfänglichen Einsetzen des Kolbens in die Pumpenkammer. Dieser Widerstand kann es dem Kupplungsbereich der Kolbenstange des mechanischen Pumpenantriebs ermöglichen (zum Beispiel der Bereich 126 der Kolbenstange 124), in einen hin- und hergehenden Stößel der mechanischen Pumpenantriebseinheit hinein gedrückt und verriegelt zu werden, ohne dass spezielle Werkzeuge oder Handlungen erforderlich wären, um diesen Zusammenbau zu bewirken.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 2B und 2C werden einige bevorzugte Abmessungen und Konfigurationen der Kolben, die nach der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, beschrieben werden. Zu anfangs sollte festgestellt werden, dass funktionale oder optimale Dimensionen und Konfigurationen für die Kolben variabel abhängen, von zum Beispiel den Materialien, aus denen die Kolben gefertigt sind, von dem inneren Durchmesser der Pumpenkammer, von dem gewünschten Betriebsdruckbereich, vom Ausmaß der Fluidleckage, die für die spezielle Anwendung tolerierbar ist, und von der Dauer der Operation/der Abnutzungrate des Kolbens, die wünschenswert ist. Dementsprechend sollte die Auswahl der besonderen Werte für die unterschiedlichen Durchmesser und Merkmale, die als akzeptabel gelten oder für die optimale Leistung diskutiert werden, mittels Routine-Eignungstests bestimmt werden, die die Fertigung und das Testen der Kassetten umfassen, die Kolben einsetzen, die unterschiedliche Materialeigenschaften, Konfigurationen und Abmessungen, usw. haben, nämlich unter aktuell gewünschten Betriebsbedingungen, um zum Beispiel den maximalen Druck zu bestimmen, der erzeugt werden kann, um die Leckrate zu bestimmen, um die Zeit bis zum Ausfall zu bestimmen usw., und zwar für ein spezifisches Kolbendesign. Ähnliche Betrachtungen sind ebenfalls relevant für das Design und die Herstellung der Dichtkomponenten, die konfiguriert werden, um sie an einer Zylinderwand zu positionieren, und zwar bei Ausführungsformen, die diese Dichtkomponenten einsetzen. Solche Eignungstests umfassen lediglich Routineversuche und Optimierungen, die der Fachmann leicht ausführen kann.
Die besonderen Abmessungen und Konfigurationen, wie unten diskutiert, werden mit Bezug zu einer Pumpenkassette angegeben, die eine Pumpenkammer hat, in der der Kolben sich hin und her bewegt, mit einem nominalen inneren Durchmesser (I.D.) von etwa 9,525 mm (0,375 Zoll). In der 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt, bei der der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 132 des Kolbens 122 einstückig bzw. integral mit dem Hauptkörperabschnitt 140 des Kolbens ausgebildet ist. „Integral ausgebildet wie hier benutzt, bezieht sich auf den Dichtflanschabschnitt und den Hauptkörper, die eine einzige einheitliche Struktur ausbilden, jeweils aus dem gleichen Material konstruiert. Ein „Hauptkörperabschnitt des Kolbens" bezieht sich auf eine zentral angeordnete strukturelle Komponente des Kolbens, mit der die Dichtkomponente (z.B. 130) verbunden ist. Wie vorher diskutiert, im Kontext zu der 1, sind der Kolben 122 und der aufgeweitete Dichtflansch 132 aus einem halbfesten, nicht-elastischen Polymermaterial geformt. Es ist im Kontext der vorliegenden Erfindung mit entdeckt worden, dass bevorzugte Materialien zur Ausbildung des Kolbens 122, die gewünschte Verformungseigenschaften zeigen, einige spezifische Materialeigenschaften aufweisen, die in bevorzugte Bereiche fallen, wie es im folgenden gleich beschrieben wird.
Der Dichtflanschabschnitt des Kolbens, und bei bevorzugten Ausführungsformen der gesamte Kolben, ist bzw. sind aus dem nicht-elastomeren Polymermaterial konstruiert, welches bestimmte Bereiche von Materialeigenschaften zeigt. Die Zugfestigkeit ist bevorzugt im Bereich von zwischen etwa 20,68 MPa (3000 psi) bis etwa 344,74 MPa (50000 psi), und besonders bevorzugt zwischen etwa 55,16 MPa (8000 psi) bis etwa 241,32 MPa (35000 psi), und inbesondere bevorzugt zwischen etwa 62,05 MPa bis 137,90 MPa (9000 bis etwa 20000 psi). Der Biegemodulus ist vorzugsweise in dem Bereich zwischen etwa 689,48 MPa (100000 psi) und 4826,36 MPa (700000 psi), und besonders bevorzugt in dem Bereich zwischen etwa 1378,96 MPa (200000 psi) und etwa 3792,14 MPA (550000 psi), und sogar besonders bevorzugt in dem Bereich zwischen etwa 2413,18 MPa (350000 psi) und etwa 3102,66 MPa (450000 psi). Darüber hinaus sollte das Material einen guten Abrasionswiderstand haben. Die oben erwähnten Eigenschaften sollten vorhanden sein, wenn sich das Material bei etwa Raumtemperatur (z.B. 68–77 Grad F; 20–25 Grad C) befindet, oder bei der gewünschten Betriebstemperatur des Kolbens. Im allgemeinen umfassen die Materialien, die für die Herstellung der Dichtkomponente nach der vorliegenden Erfindung (z.B. die, die mit dem Kolben, dem Zylinder und/oder dem Ventilteller in Verbindung gebracht werden) verfügbar sind, zumindest die Materialien, die oben für die Herstellung des Kolbens und seiner Dichtkomponente diskutiert worden sind. Die spezielle Auswahl hängt von strukturellen und operativen Details des spezifischen Systems ab, umfassend die Betriebsdrücke und die relative Größe des Kolbens und/oder der Dichtkomponenten und des Zylinders. Optionale Materialien für eine spezielle Anwendung können einfach ausgewählt werden, aus der Liste der verfügbaren Materialien oder andere geeignete Materialien können durch Routinetests oder Optimierung gefunden werden, wie oben bereits beschrieben und wie unten noch folgend. Es ist bekannt, dass die offensichtlichen Materialeigenschaften der Polymer-Materialien merklich von Charge- zu Charge-Formulierungen abweichen können, abhängig von zum Beispiel den Details der Verarbeitung und damit sind die obigen Bereiche der Eigenschaften der Materialien als Leitlinie zu nehmen, und zwar für die Auswahl oder Formulierung von möglicherweise geeigneten Materialien. Das aktuelle Geeignetsein einer besonderen polymeren Material-Formel sollte durch analytische Tests bzw. Experimente bestimmt bzw. bestätigt werden. Einige Polyamide (z.B. Nylon 6,6 und Acetate (z.B. DELRIN^®)) wurden als geeignet aufgefunden, zum Einsatz bei der Erzeugung von Formulierungen mit den oben erwähnten Eigenschaften, und diese können als Modell-Materialien genutzt werden, zur Führung der Auswahl von anderen Kandidaten von Materialien, die für diesen Gebrauch geeignet oder bevorzugt sind.
In der in der 3 gezeigten Ausführungsform umfasst der Kolben 122 eine Dichtkomponente 130, die derart geformt ist, dass sie einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt 132 aufweist, der derart konstruiert und angeordnet ist, dass er Kontakt mit einer innenliegenden Fläche 134 des Zylinders 104 während des Betriebs herstellt. Bei bevorzugten Ausführungsformen weist der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 132 eine vorbestimmte Länge 220 auf und erstreckt sich weg von dem Hauptkörperabschnitt 140 des Kolbens, um so einen auskragenden und am Umfang um laufenden Flansch daran auszubilden. In der gezeigten Ausführungsform liegt die vordefinierte Länge 220 des Flansches 132 vorzugsweise zwischen etwa 0,0254 mm (0,01 Zoll) und etwa 0,508 mm (0,2 Zoll), besonders bevorzugt zwischen etwa 0,0508 mm (0,02 Zoll) und etwa 0,254 mm (0,1 Zoll), und besonders bevorzugt zwischen etwa 0,1524 mm (0,06 Zoll) und etwa 0,2032 mm (0,08 Zoll). Ein „auskragender am Umfang umlaufender Flansch", wie hier im Kontext mit den Kolben/Zylinder-Dichtkomponenten benutzt, die nach der vorliegenden Erfindung vorzusehen sind, bezieht sich auf einen Flansch, der am gesamten äußeren Umfang des Hauptkörperabschnitts des Kolbens oder des Hauptkörperabschnitts des mit dem Zylinder eingreifenden Dichtelements umläuft, welches an dem Zylinder () positioniert ist und an dem Hauptkörperabschnitt (z.B. siehe 17A bis 17D) angebracht ist, entlang einer seiner Seiten, während er zumindest zwei weitere Seiten oder Flächen hat (z.B. an dem Abschnitt 222 des Hauptkörpers des Kolbens), die nicht dort angebracht sind oder nicht integral sind mit dem Hauptkörperabschnitt des Kolbens oder der Dichtkomponente (z.B. kann der Flansch eine dreieckförmige Querschnittsform oder einen Querschnitt in Form eines Trapez oder Rechtecks aufweisen).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die gezeigt ist, erstreckt sich der erweiterte Dichtflanschabschnitt 132 des Kolbens axial weg von dem Abschnitt 222 des Haupt körpers des Kolbens, an dem der aufgeweitete Dichtflansch angebracht ist, und er ist derart konstruiert und angeordnet, dass er Kontakt mit der innenliegenden Oberfläche 134 des Zylinders 104 herstellt, wodurch eine Abdichtung zwischen dem Dichtflanschabschnitt und der inneren Oberfläche des Zylinders erzeugt wird, die dazu fähig ist, der gewünschten Betriebsdruckdifferenz zu widerstehen (z.B. von zumindest 6,90 MPa (1000 psi)), ohne das eine bemerkenswerte Leckage an Fluid dort hindurch auftritt, nämlich während des Betriebs der Pumpenkassette. Der Begriff „erstreckt sich axial weg" von einem Abschnitt, an dem er angebracht ist, eines Hauptkörperabschnitts des Kolbens oder eines Zylinder-Eingriffshauptkörperabschnitts einer Dichtkomponente, positioniert an einem Zylinder einer Pumpenkassette, wie er hier für den aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt benutzt wird, bezieht sich auf die am weitesten distal und/oder proximal angeordnete Fläche des Dichtflanschabschnitts, die axial weg von dem Punkt der Anbringung an einem solchen Hauptkörperabschnitt angeordnet ist. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt der Dichtkomponente derart konfiguriert, dass er sich radial weg von dem Abschnitt erstreckt, an dem er angebracht ist, nämlich an dem Hauptkörperabschnitt des Kolben-/Zylinder-Eingriffshauptkörperabschnitts. Ein aufgeweiteter Dichtflanschabschnitt des Kolbens, der sich „radial weg von" dem Abschnitt erstreckt, an dem er angebracht ist, nämlich an dem Hauptkörperabschnitt des Kolbens, wie hier benutzt, bezieht sich auf den aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt, der den größten Außendurchmesser hat, der den größten Außendurchmesser des Hauptkörperabschnitts des Kolbens übersteigt. Analog bezieht sich ein aufgeweiteter Dichtflanschabschnitt einer Dichtkomponente, der an einem Pumpenkammerzylinder positioniert ist, und der sich „radial nach innen von dem Zylinder-Eingriffshauptkörperabschnitt" erstreckt, wie hier benutzt, auf den aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt, der den kleinsten Innendurchmesser hat, der geringer ist als der kleinste Innendurchmesser des Zylinder-Hauptkörperabschnitts (siehe die 17A und 17B). Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen, wie dargestellt, erstreckt sich der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt ebenfalls in distaler Richtung, von einem am weitesten entfernten distalen Abschnitt 230 des Hauptkörperabschnitts des Kolbens oder eines Zylinder-Eingriffsabschnitts einer Dichtkomponente, die an einem Pumpenkammerzylinder positioniert ist.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen ist der Kolben, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden, und wie zum Beispiel wie in der 3 dargestellt, derart geformt und innerhalb des Zylinders positioniert, wenn zusammen gebaut, dass alle Fluidkontaktflächen im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Zylinders orientiert sind und direkt von der Kolbenstange unterstützt sind. Bei Ausführungsformen; bei denen alle diese Flächen nicht direkt von der Kolbenstange abgestützt werden, also zum Beispiel wie in den 12A und 12D bis 12F dargestellt, ist es vorzuziehen, dass jede Fluidkontaktfläche, die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Zylinders ausgerichtet ist, und die nicht direkt durch die Kolbenstange abgestützt wird, eine minimale Querschnittsdicke hat, die die minimale Querschnittsdicke des Zylinder-Dichtflanschabschnitts der Dichtkomponente des Kolbens übersteigt, vorzugsweise um zumindest den Faktor 2, noch bevorzugter um zumindest den Faktor 5 und besonders bevorzugt um zumindest den Faktor 7.
Wie es in der 3 dargestellt ist, umfasst der Kolben 122 eine Vielzahl von Fluidkontaktflächen 232, die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 110 des Zylinders 104 ausgerichtet sind, wenn die Kolbenanordnung in einer operativen Konfiguration in der Pumpenkassette installiert ist, wie es in der 1 gezeigt ist. Die Flächen des Kolbens sind „direkt abgestützt" durch die Kolbenstange, wenn eine Linie, die man durch die Fläche zieht, in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der Längsachse der Kolbenstange/des Zylinders die Kolbenstange oder ein stabiles Tragelement direkt schneidet, welches durch die Kolbenstange gestützt ist. „Direkt schneidet", wie hier benutzt, bezieht sich auf eine solche Linie bzw. Gerade, die von dem Kolben zu der Stange und/oder dem Tragelement verläuft, ohne zuerst durch irgendwelche dazwischen liegende nicht-stützende Schichten, Lücken usw. hindurchzutreten. In der Ausführungsform, die in der 3 gezeigt ist, sind alle Fluidkontaktflächen 232, die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 110 orientiert sind, „direkt abgestützt", nämlich durch die Kolbenstange 124.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen, wie z.B. in der 3 dargestellt, sind alle innenliegenden Flächen, die der Kolbenstange des Kolbens zugewandt sind, derart geformt und angeordnet, dass nach dem Koppeln des Kolbens und der Kolbenstange im wesentlichen alle solchen Flächen des Kolbens in direktem Kontakt mit der Kolbenstange oder einem Sicherungselement stehen, welches durch die Kolbenstange „getragen" ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, und unter Bezugnahme auf die 3, stehen die innenliegenden Oberflächen 234 des Kolbens 122, die der Kolbenstange zugewandt sind, in direktem Kontakt mit der Kolbenstange 124. „Innenliegende Flächen, die der Kolbenstange zugewandt sind" des Kolbens, wie hier benutzt, bezieht sich auf Flächen des Kolbens, die vom Fluid nicht benetzt werden, und die in Kontakt stehen mit der Oberfläche der Kolbenstange oder einem Tragelement, welches von der Kolbenstange getragen ist. „Getragen ist", wie hier im obigen Kontext benutzt, bezieht sich auf ein solches Tragelement, welches sich in direktem Kontakt mit der Kolbenstange oder in Kontakt mit einem oder mehreren Elementen befindet, von denen zumindest eines in direktem Kontakt mit der Kolbenstange steht (z.B. in Kontakt mit einem von einer Reihe von Abstandshaltern, von denen zumindest einer in direktem Kontakt mit der Kolbenstange steht).
Wie es oben im Kontext zu der 1 diskutiert worden ist, kann der Kolben 122 mit der Kolbenstange 124 über eine breite Vielfalt von Kupplungsmitteln gekoppelt werden. Wie es in der 3 dargestellt ist, ist der Kolben 122 übergegossen auf das distale Ende der Kolbenstange 124. Alternative Mittel zum Koppeln des Kolbens an die Kolbenstange, für Ausführungsformen, bei denen der Kolben nicht integral mit der Kolbenstange ausgeführt ist, umfassen, aber sind nicht darauf beschränkt, Preßpassungen oder Einschnapppassungen des Kolbens mit dem Ende der Kolbenstange, oder die Anbringung des Kolbens an der Kolbenstange mittels Schrauben, Stiften, Nieten, usw., sowie eine Überlagerungspassung dazwischen, zum Beispiel mittels eines Hakens und einer Öffnung; und möglicherweise eine breite Vielfalt an anderen Kupplungsmitteln, die dem Fachmann sowieso geläufig sind.
Vorzugsweise weist der Dichtflanschabschnitt 132 des Kolbens 122 einen maximalen Außendurchmesser D3 auf, der groß genug ist, dass zumindest ein Abschnitt der Dichtflansches im wesentlichen in andauerdem Kontakt mit der Innenfläche 134 der Pumpenkammer 114 ist, während der Kolben sich hin und her bewegt. Diese Anordnung kann erreicht werden, indem der Dichtflanschabschnitt 132 geformt wird, so dass der maximale Außendurchmesser D3, wenn der Dichtflansch sich in einer unbelasteten, spannungsfreien Konfiguration (d.h. vor dem Einsetzen in den Zylinder bei der Montage der Pumpenkassette) befindet, den Innendurchmesser D2 (siehe 2B und 2C) der Pumpenkammer 1145 übersteigt. Da der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 132 verschwenkbar und flexibel ist, mit Bezug zu dem Hauptkörperabschnitt 140 des Kolbens 122, nach dem Einsetzen des Kolbens in die Pumpenkammer 114, verformt sich der Kolben derart, dass er einen maximalen fluidbenetzten Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser D2 der Pumpenkammer 114 ist. „Falls unbelastet" oder „in einer spannungsfreien Konfiguration" oder „ohne Last" oder „lastfreie Konfiguration" oder ähnliche Begriffe, wie hier benutzt, um einen Zustand von verschiedenen Komponenten der vorliegenden Erfindung (z.B. der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt des Kolbens, der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt der zylinder-positionierten Dichtkomponente, die Ventildichtelemente, die proximalen Dichtflansche der gleitenden Kolben, usw.) zu beschreiben, bezieht sich auf solche Komponenten, die ohne aufgebracht Kräfte auf die Komponenten konfiguriert sind, die dazu neigen den maximalen Außendurchmesser zu re duzieren oder den minimalen Innendurchmesser zu erhöhen, für den Fall von zylinder-positionierten Dichtkomponenten, von den Komponenten, oder die anderenfalls ihre Konfiguration und/oder ihre Abmessungen verändern. Ein „maximaler fluidbenetzter Durchmesser" des Kolbens, wie oben benutzt, bezieht sich auf den maximalen Durchmesser aller fluidbenetzten Flächen, die dem distalen Ende des Kolbens zugewandt sind, projiziert auf eine Ebene, die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Zylinders verläuft.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist der Dichtflanschabschnitt 132 des Kolbens 122 ebenso einen maximalen Außendurchmesser D3 auf, der den maximalen Außendurchmesser D4 des Hauptkörperabschnitts 140 des Kolbens übersteigt. Darüber hinaus ist der maximale Außendurchmesser D4 des Hauptkörperabschnitts 140 des Kolbens kleiner als der Innendurchmesser D2 der Pumpenkammer 114. Bei bevorzugten Ausführungsformen weist der Dichtflanschabschnitt 132 des Kolbens 122 einen maximalen Außendurchmesser D3 auf, falls in einer unbelasteten Konfiguration, vor dem Einsetzen in den Zylinder, während der Montage der Pumpenkassette, welcher den maximalen Außendurchmesser D4 des Hauptkörpers 140 des Kolbens um zumindest 1% übersteigt, bei anderen bevorzugten Ausführungsformen um zumindest 3% übersteigt, bei anderen bevorzugten Ausführungsformen um zumindest 5% übersteigt, bei anderen bevorzugten Ausführungsformen um zumindest 10% übersteigt, sowie bei einer bevorzugten Ausführungsform um etwa 6% übersteigt. Der besonders bevorzugte größere Durchmesser hängt von dem Material ab, dem Betriebsdruck, der gewünschten Lebensdauer des Kolbens, sowie anderen konstruktiven Parametern. Bei bevorzugten Ausführungsformen weist die Pumpenkammer 114 auch einen Innendurchmesser D2 auf, der den maximalen Außendurchmesser D4 des Hauptkörpers 140 des Kolbens 122 übersteigt, ist jedoch nicht größer als, und ist in einigen Ausführungsformen kleiner als, der maximale Außendurchmesser D3 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 des Kolbens, wenn sich dieser im nicht belasteten Zustand vor dem Einsetzen in den Zylinder während der Montage der Pumpenkassette befindet. Der Durchmesser D2 der Pumpenkammer kann in einigen Fällen im wesentlichen gleich sein wie der maximale Außendurchmesser D3 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts, ist jedoch typischerweise um zumindest 0,5% kleiner, bei anderen bevorzugten Ausführungsformen um zumindest 1% kleiner, bei anderen bevorzugten Ausführungsformen um zumindest 1,5% kleiner, bei anderen bevorzugten Ausführungsformen um zumindest 2% kleiner, sowie bei anderen bevorzugten Ausführungsformen um zumindest 3% kleiner und bei noch anderen bevorzugten Ausführungsformen um zumindest 4% oder mehr kleiner.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Durchmesser des Hauptkörperabschnitts des Kolbens kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders. Zum Beispiel ist in einem Zylinder, der einen Innendurchmesser von 9,525 mm (0,375 Zoll) hat, der Spalt zwischen dem Hauptkörperabschnitt des Zylinders und der Innenoberfläche des Zylinders zumindest 0,0508 mm (0,002 Zoll), oder etwa 1%. In Abhängigkeit von den Besonderheiten des Systems können bevorzugte Spalte größer sein, etwa 1,5%, 2%, 2,5% oder 3% oder mehr.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt derart konfiguriert, dass eine erste Oberfläche 236 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts, benachbart und der Innenoberfläche 134 der Pumpenkammer 114 zugewandt, einen ersten Winkel A1 mit Bezug zu der Längsachse 110 des Zylinders ausbildet, sowie eine zweite Oberfläche 238 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts, die der Zylinderbohrung zugewandt ist, einen zweiten Winkel A2 ausbildet, mit Bezug zu der Längsachse des Zylinders, wobei der erste Winkel A1 größer als 0 Grad ist, wobei der zweite Winkel A2 kleiner als oder gleich 90 Grad ist, sowie der zweite Winkel A2 größer ist als der erste Winkel A1. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen liegt der erste Winkel A1 zwischen etwa 1 Grad und etwa 20 Grad, sowie der zweite Winkel A2 zwischen etwa 10 Grad und etwa 90 Grad liegt. In einigen sogar noch bevorzugteren Ausführungsformen ist der erste Winkel A1 zwischen etwa 3 Grad und etwa 12 Grad, während der zweite Winkel A2 zwischen etwa 15 Grad und etwa 30 Grad liegt. Bei einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt der erste Winkel A1 zwischen etwa 6 Grad und etwa 8 Grad, sowie der zweite Winkel A2 zwischen etwa 20 Grad und etwa 25 Grad liegt.
Der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 132 weist eine minimale Querschnittsdicke 240 auf, die in Abhängigkeit von der Größe der Pumpenkammer 114 und den anzunehmenden Betriebsdrücken ausgewählt wird, beim Einsatz der Pumpenkassette.
Die Querschnittsdicke 240 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 und die vordefinierte Länge 220 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 neigen dazu annähernd linear mit dem Durchmesser der Pumpenkammer 114 zu variieren, in der der Kolben 122 sich hin und her bewegt, während des Betriebs der Pumpenkassette. Eine Pumpenkammer, die einen Innendurchmesser D2 von etwa 9,525 mm (0,375 Zoll) hat, wie oben erläutert, ist die minimale Querschnittsdicke 240 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 bei Betriebsdrücken von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) bevorzugte zumindest 0,127 mm (0,005 Zoll), besonders bevorzugt zwischen etwa 0,127 mm (0,005 Zoll) und etwa 1,27 mm (0,05 Zoll), sogar mehr bevorzugt zwischen etwa 0,254 mm (0,01 Zoll) und etwa 0,655 mm (0,025 Zoll), und bei einer bevorzugten Ausführungsform etwa 0,533 mm (0,021 Zoll). Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt die minimale Querschnittsdicke 240 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 zwischen etwa 1% und etwa 15% des maximalen Außendurchmessers D3 des aufgeweiteten Dichtabschnitts des Kolbens, wenn dieser sich im nicht belasteten Zustand befindet, vor dem Einsetzen in den Zylinder bei der Montage der Pumpenkassette, sowie bei anderen bevorzugten Ausführungsformen sie zwischen etwa 2% und etwa 7% liegt, bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform zwischen etwa 2,5% und etwa 3% des maximalen Außendurchmessers D3 liegt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt die maximale axiale Dicke 242 des Kolbens 122, auch für die unmittelbar oberhalb diskutierten Zustände, zwischen etwa 1,016 mm (0,04 Zoll) und etwa 8,128 mm (0,32 Zoll), bei anderen bevorzugten Ausführungsformen zwischen etwa 2,032 mm (0,08 Zoll) und etwa 6,35 mm (0,25 Zoll), und bei einer bevorzugten Ausführungsform zwischen etwa 2,54 mm (0,10 Zoll) und etwa 4,064 mm (0,16 Zoll).
Eine „maximale axiale Dicke" des Kolbens, wie hier benutzt, bezieht sich auf die maximale Abmessung der Oberfläche des Kolbens, die nicht zur Kolbenstange zeigt, gemessen entlang der axialen Richtung (d.h. parallel zu der Achse 110). Es ist anzumerken, dass die optimale maximale axiale Abmessung des Kolbens dazu neigt zu variieren, in Abhängigkeit von dem Betriebsdruck der Pumpenkassette, in der der Kolben eingesetzt werden wird. Im allgemeinen sollte für höhere Drücke die maxi male axiale Dicke relativ geringer sein, als für niedrigere Drücke, um zu verbindern, dass sich der Hauptkörperabschnitt des Kolbens ausbaucht und übermässig erweitert, während der Benutzung, wodurch ein ungewöhnlicher Widerstand gegen die Bewegung erzeugt würde und übermässige Abnutzung des Kolbens während des Betriebs auftreten würde.
In der 4A ist eine Querschnittansicht eines Kolbens 250 gezeigt, der im Design im wesentlichen ähnlich ist zu dem Kolben 122, der vorher erläutert worden ist, mit der Ausnahme, dass der Kolben 250 einen Hauptkörperabschnitt 252 hat, dessen Gesamtheit im wesentlichen vollständig distal von dem am weitesten entfernten Abschnitt einer Kolbenstange positioniert ist, an der der Kolben 250 angekoppelt ist. Somit ist der Kolben 250, wenn er in einer operativen Konfiguration auf der Kolbenstange installiert ist, vollständig distal an der Kolbenstange positioniert. Der Hauptkörperabschnitt 252 des Kolbens 250 umfasst eine mittig angeordnete Öffnung 254, die wahlweise mit einem Gewinde versehen sein kann, durch die ein Kupplungselement hindurch treten kann, welches dazu dient, den Kolben 250 mit der Kolbenstange zu verbinden bzw. zu koppeln. Wie vorher diskutiert, kann ein solches Kupplungselement aus einer breiten Vielzahl von gut bekannten Kupplungsmitteln ausgewählt werden, umfassend beispielsweise eine Schraube, einen Stift, eine Niete, einen Stopfen, einen Haken, usw. Abmessungen und Komponenten, die im wesentlichen ähnlich sein können wie die mit Bezug zum Kolben 122 oben diskutierten, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine alternative Ausführungsform zu dem Kolben 250, der in der 4A dargestellt ist, ist in der 4B gezeigt, und zwar der Kolben 260. Der Kolben 260 ist im wesentlichen ähnlich zu dem vorher beschriebenen Kolben 250, mit der Ausnahme, dass ein distaler, mittig angeordneter Abschnitt 262 des Hauptkörperabschnitts 264 konfiguriert ist, um sich in distaler Richtung bis zu einer Stelle zu erstrecken, die im wesentlichen koplanar zu der am weitesten am Ende befindlichen Oberfläche 226 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts 132 ist. Die Konfiguration des Kolbens 260 kann insbesondere nützlich bei Anwendungen sein, die einen geringen volumetrischen Hubraum und/oder geringe Pumpenhublängen involvieren, da das Totvolumen von nicht gefördertem Fluid, wenn der Kolben 260 in seinem Totpunkt positioniert ist, d.h. am distal am weitest entfernt liegenden Ende der Pumpenkammer, am Ende seines Förderhubs, reduziert ist, und zwar verglichen mit den vorher dargestellten und beschriebenen Kolben 250 und 122.
Bei der weiteren Ausführungsform (4C) kann der Kolben 261 ein zusätzliches Druckverteilungselement 263 haben, distal zu dem aufgeweiteten Dichtflansch 236 liegend. Der Verteiler weist vorzugsweise einen flachen zylindrischen Kopf 265 auf, der einen Durchmesser hat, der nominell gleich dem Durchmesser des Zylinders ist, in dem der Kolben sich hin und her bewegt (z.B. siehe D2 in der 2C). Dieser distale Verteiler 263 verjüngt sich im Querschnitt vorzugsweise bei 267, und eine Dichtkomponente 130 ist im wesentlichen identisch zu der, die in den 4A und 4B gezeigt ist und ist proximal zu dem Verteiler vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Kolben derart konfiguriert, dass er an einem metallischen Kolbenträger angekoppelt werden kann, der einen mittigen Stift (nicht gezeigt) hat, der sich in die Bohrung 269 des Kolbens erstreckt. Dieser Träger kann dann mit der Kolbenstange verbunden werden. Der gesamte Kolben kann aus einem Material gefertigt werden, welches von dem Typ ist, der für die anderen Versionen des aufgeweiteten Kolbens eingesetzt wird. Im Betrieb, so wird angenommen, wird der Druck-Verteiler rasch abgetragen, so dass er einen Durchmesser hat, der geringfügig weniger ist als der Durchmesser des Zylinders der Pumpenkassette, während der Flansch (z.B. bei 236) weiterhin den abdichtenden Kontakt zu dem Zylinder herstellt. Da es einen signifikanten Druckabfall über den Verteiler geben kann, kann ein geringerer Druck an dem Flansch anliegen, so dass im Ergebnis eine geringere Gleitreibung vorherrscht, so dass sich dieser nicht so schnell abnützt. Der aufgeweitete Dichtflansch kann möglicherweise und ebenso nach der vorliegenden Ausführungsform einen höheren Druck erreichen/erzeugen, und zwar für ein bestimmtes Konstruktions-Material.
Während des Betriebs und während des „Einlaufens" kann, bei einigen Ausführungsformen, eine gewisse Menge an Fluid-Leckage über die Dichtung auftreten, die zwischen dem Pumpenkammerzylinder und dem Kolben bzw. der Kolbenstange durch die Dichtkomponente ausgebildet ist. Das Ausmaß dieser Leckage während des Einlaufens bzw. der Einlaufphase ist variabel und kann praktisch Null sein. Wenn ein solcher Zustand vorhanden ist, so dauert er typischerweise lediglich wenige Sekunden und weniger typisch einige Minuten. Vorzugsweise überschreitet die Einlaufzeitspanne nicht mehr als 1000 Hübe des Kolbens.
Während des typischen Betriebs der Pumpenkassette, die den Kolben umfasst, der Dichtkomponenten daran aufweist, beginnt der Kolben unter dem Druck sich zu verformen, so dass sich jegliche Leckage-Rate während des Einlaufens reduziert und wobei der maximal erzeugbare Druck ansteigt. Während eines zweiten Zeitintervalls (Hauptbetriebszustand) wird angenommen, dass zumindest bei einigen Ausführungsformen sich der Dichtflanschabschnitt und der Hauptkörperabschnitt des Kolbens verformen, so dass zumindest ein Abschnitt des Hauptkörperabschnitts des Kolbens, in der Nähe des Dichtflansches, sich radial erweitert hat, um einen dichtenden, gleitenden Kontakt mit der Innenoberfläche des Zylinders der Pumpenkammer herzustellen. Es wird angenommen, dass, wenn der Kolben integral aus den oben erwähnten nicht-elastomeren Polymermaterialien geformt ist, diese Verformung eine im wesentlichen irreversible Verformung ist.
Eventuell und nach einer ausreichenden Dauer des Betriebs nutzt das Material, aus dem die Dichtkomponenten nach der vorliegenden erfindungsgemäßen Pumpenkassette gebildet sind, ab, nämlich bis zu einem Punkt, an dem das Ausmaß der Abdichtung zwischen dem Kolben/der Kolbenstange und der innenliegenden Oberfläche des Zylinders deutlich verringert ist, so dass die Leckrate durch die Dichtung ansteigt und der maximale Druck, der durch die Pumpenkassette erzeugt werden kann, reduziert wird. Typischerweise ist die Lebensdauer der Pumpenkassette als der Punkt definiert, an dem die Leckrate durch die Dichtung nicht mehr akzeptabel ist, und der maximale Druck, der durch die Pumpenkassette erzeugt werden kann, und zwar unter bestimmten Betriebsbedingungen, unterhalb eines gewünschten Wertes abfällt.
Die nutzbare Lebensdauer der Pumpenkassette kann weit streuen, in Abhängigkeit von den Anforderungen durch die spezifische Anwendung. Beim Einsatz als wegwerfbare medizinische Einrichtung kann die Lebensdauer sehr kurz sein und nur eine Minute betragen, jedoch kann die Lebensdauer auch etwa 3 bis 10 Minuten betragen, vorzugsweise zumindest 15 bis 30 Minuten, und beim Einsatz in längeren chir urgischen Operationen oder für die wiederholte Nutzung (zum Beispiel zur Wundausschneidung) kann die nutzbare Lebensdauer vorzugsweise und zumindest eine Stunde der aktuellen Pumpzeitspanne betragen. Für andere Einsatzzwecke der Pumpe können längere Lebensdauern im Bereich von etwa 1 Stunde bis 24 oder 48 Stunden wünschenswert sein, und eine lange (Tage bis Wochen oder Monate) Lebensdauer der Pumpe kann in einigen Fällen auch nützlich sein. Die Technik für die Verlängerung der Lebensdauer der Dichtung wird unten beschrieben werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Lebensdauer der Pumpenkassette unter Betriebszuständen, die das Pumpen von Flüssigkeiten mit einem Druck von zumindest 6,90 MPa (1000 psig) umfasst, etwa zwischen 1 Stunde und 24 Stunden. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird auch der Kolben und/oder die Kolbenstange innerhalb des Zylinders mit einer sehr hohen Geschwindigkeit während des Betriebs der Pumpenkassette hin und her bewegt. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die maximale Geschwindigkeit des Kolbens und/oder der Kolbenstange während der Hin- und Herbewegung zumindest 20,32 mm/s (4 Fuß pro Minute), bei anderen Ausführungsformen zumindest 40,64 mm/s (8 Fuß pro Minute), bei anderen Ausführungsformen zumindest 60,96 mm/s (12 Fuß pro Minute), bei anderen Ausführungsformen zumindest 81,28 mm/s (16 Fuß pro Minute), bei anderen Ausführungsformen zumindest 121,92 mm/s (24 Fuß pro Minute), bei anderen Ausführungsformen zumindest 162,56 mm/s (32 Fuß pro Minute), bei anderen Ausführungsformen zumindest 264,16 mm/s (52 Fuß pro Minute), bei anderen Ausführungsformen zumindest 325,12 mm/s (64 Fuß pro Minute) und in noch anderen Ausführungsformen zumindest 650,24 mm/s (128 Fuß pro Minute). Einige-typische Beispiele von Pumpenkassetten, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind und die konfiguriert sind für medizinische oder chirurgische Pumpenanwendungen, haben Geschwindigkeiten, die in den Bereich von etwa 81,28 mm/s bis etwa 325,12 mm/s (16 bis etwa 64 Fuß pro Minute) fallen, jedoch kann die spezifische Geschwindigkeit weit streuen, je nach Abhängigkeit von zum Beispiel dem Durchmesser der Pumpenkammer, der Länge des Hubs und der gewünschten Rate der Zuführung von Fluid. Die aktuelle Kolben-/Kolbenstangen-Geschwindigkeit für eine bestimmte Zufuhrrate kann einfach berechnet werden, nämlich aus den oben erwähnten Parametern, was jedoch für den Fachmann offensichtlich ist.
Die 5A bis 5C zeigen noch detailliertere Ansichten einer Ausführungsform eines Ventiltellers 186 (vorher in der 1 gezeigt). Der Teller 186 umfasst ein aufgeweitetes Dichtelement 188, umfassend eine Schließfläche 200, die positioniert ist, um einem Ventilsitz gegenüber zu liegen, wenn ein Ventil, welches den Teller umfasst, für den Betriebszustand zusammen gebaut wird, wie es zum Beispiel in der 1 vorher schon erläutert worden ist. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Schließfläche 200 konstruiert und positioniert, um einen dichtenden Kontakt zu einem Ventilsitz herzustellen, wodurch eine Abdichtung ausgebildet wird, wenn ein Ventil, welches den Teller inkorporiert, sich in einem geschlossenen Zustand befindet, wobei die so ausgebildete Dichtung im Stande ist, einer Druckdifferenz von zumindest 6,90 MPa (1000 psi) zu widerstehen, ohne eine bemerkenswerte Leckage dort hindurch, vorzugsweise zumindest 34,4 MPa (5000 psi), noch mehr vorzugsweise 55,16 MPa (8000 psi), bei anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 103,42 MPa (15000 psi), bei anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 137,90 MPa (20000 psi), bei anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 206,84 MPa (30000 psi), und bei noch anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 344,74 MPa (50000 psi).
Das Dichtelement 188 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material gebildet. Bei bevorzugten Ausführungsformen und wie unten diskutiert, ist die Schließfläche des Dichtelements auch konkav in der Form und derart geformt und dimensioniert ausgebildet, dass ein Druck, der auf das Dichtelement einwirkt, nämlich in einer solchen Richtung, dass diese Kraft die Schließfläche gegen den Ventilsitz presst, die Schließfläche verformt, sodass der maximale Umfang der Schließfläche vergrößert wird und der Kontaktbereich zwischen der Schließfläche und dem Ventilsitz vergrößert wird, wodurch ein mechanischer Vorteil erzeugt wird, der die Leistung der Dichtung verbessert. Typischerweise passiert das mittels des Drucks, der gegen das Dichtelement wirkt, in einer Richtung, die die Schließfläche gegen den Ventilsitz drückt, so dass die konkave Oberfläche gegen den Ventilsitz drückend flacher wird. Während der Teller 186 und/oder das Dichtelement 188 möglicherweise aus einer Vielzahl von Materialien konstruiert sein können, zum Beispiel aus all den Materialien, die bereits oben diskutiert worden sind, mit Bezug zur Ausbildung der Kolben und Kolben-Zylinder- Dichtkomponenten, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden, ist das Dichtelement in bevorzugten Ausführungsformen aus einem Polymer-Material hergestellt, vorzugsweise durch Einspritzgiessen. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Polymer-Material nicht-elastomer ausgebildet. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen kann das Material das Gleiche sein wie für die Kolben und/oder Kolben-/Zylinder-Dichtkomponenten der Pumpenkassette. Die Schließfläche 200 des Dichtelements 188 ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass sie einen fluidundurchlässigen umlaufenden Flansch 202 aufweist, der eine Konfiguration und eine Geometrie hat, die dem aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt 132 der oben beschriebenen Kolben 122, 250 und 260 ähnelt.
Der Ventilteller 186 umfasst weiterhin einen wahlweisen Körperabschnitt 290, an dem das Dichtelement 188 und der fluidundurchlässige Flansch oder die Lippe 202 angebunden sind, so dass sie sich von dort weg erstrecken, in Richtung des Ventilsitzes, wenn der Teller in einer operativen Ventilkonfiguration eingebaut ist. Der Teller 186 umfasst eine Fläche 292, die derart positioniert ist, dass sie von dem Ventilsitz weg zeigt, wenn der Teller in einer operativen Konfiguration installiert ist, und derart konfiguriert ist, dass er ein Druckelement, zum Beispiel eine Schraubenfeder 196 unterstützt, die vorher in der 1 gezeigt worden ist, welches dazu neigt, die konkave Schließfläche 200 gegen den Ventilsitz zu pressen. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind der Körperabschnitt 290 des Ventiltellers 186 und das Dichtelement 188, umfassend den fluidundurchlässigen umlaufenden Flansch 202 integral aus einem einzigen Element geformt, zum Beispiel durch Einspritzgiessen eines Polymermaterials.
Unter Bezugnahme auch auf die 2B hat bei bevorzugten Ausführungsformen die Bohrung der Pumpenkassette, in die der Teller eingesetzt wird (zum Beispiel die Bohrungen 106 und 108 der Pumpenkassette 100) einen Innendurchmesser D5, der geringfügig größer ist als der maximale Außendurchmesser D6 des Körperabschnitts 290 des Tellers 186, um eine enge Gleitpassung auszubilden und um ein übermässiges seitliches Spiel in der Bohrung zu vermeiden. In der bevorzugten Ausführungsform ist zum Beispiel der Innendurchmesser D5 etwa 7,97 mm (0,312 Zoll), während der maximale Außendurchmesser D6 des Körperabschnitts 290 des Tellers 186 etwa 7,57 mm (0,298 Zoll) beträgt. In diesem Fall beträgt D6 etwa 95% von D5. Andere Bereich können geeignet sein, in Abhängigkeit von den Details der Konstruktion und insbesondere in Abhängigkeit von der Länge des Ventiltellers. Vorzugsweise ist D6 zumindest etwa 80% von D5, und besonders bevorzugt ist D6 zumindest etwa 90% von D5. In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist D6 nicht mehr als etwa 99% von D5 und insbesondere bevorzugt ist D6 nicht mehr als 98% von D5.
Vorzugsweise umfasst, um den Widerstand gegen die Fluidströmung hinter das Tellerventil zu verringern, wenn das Rückschlagventil, welches den Ventilteller in ein einer offenen Konfiguration umfasst, der Körperabschnitt des Tellers zumindest eine Öffnung, durch die hindurch ein Fluidströmungsweg definiert ist. Wie dargestellt, umfasst der Körperabschnitt 290 des Ventiltellers 186 dort hindurch zwei Öffnungen 294 und 296, die an gegenüberliegenden Seiten des Körperabschnitts positioniert sind und die sich durch sowohl die Seitenwände als auch die Bodenwände des Körperabschnitts des Ventiltellers erstrecken.
Bei bevorzugten Ausführungsformen hat auch das Dichtelement 188, um eine Abflachung und Erweiterung des Dichtelements innerhalb der Bohrung zu ermöglichen, wenn es sich in einem unbelasteten Zustand befindet, einen maximalen Durchmesser D7, der geringer ist als der maximale Außendurchmesser D6 des Körperabschnitts 290 des Tellers 186. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt der Durchmesser D7 zwischen etwa 60% und etwa 95% des Durchmessers D6, und bei besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt er zwischen etwa 75% und etwa 90%, und bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt der Durchmesser D7 bei etwa 88% des Durchmessers D6.
Der fluidundurchlässige umlaufende Flanschabschnitt 202 des Dichtelements 188 umfasst vorzugsweise den Bereich, der die geringste Querschnittsdicke 298 des Dichtelements hat. Das Dichtelement 188 zeichnet sich auch dadurch aus, dass eine maximale Abmessung vorhanden ist, gemessen entlang einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene 299 verläuft, die durch eine Tangentenfläche an die Schließfläche 200 (d.h., eine Ebene, die koplanar zu der Ebene des Ventilsitzes ist, an dem die Schließfläche einwirkt, wenn der Ventilteller in einer operativen Konfi guration innerhalb der Pumpenkassette eingebaut ist) definiert ist. Die maximale Abmessung ist als Abstand 300 in der 5A eingezeichnet. Bei einer besonderen Ausführungsform, die dargestellt ist, beträgt der Abstand 300 etwa 1,8286 mm (0,072 Zoll) oder etwa 20% des Durchmessers D7. Bei den Grenzen des Wertes der Dicke 300 relativ zu den Dicken 298 und 316 (siehe 5C), wie unten beschrieben, ist das exakte Verhältnis des Abstandes 300 zum Durchmesser D7 nicht kritisch, und kann von etwa 10% bis etwa 50% oder mehr reichen. Bevorzugte Bereiche bzw. Werte, die unter Anwendung der hier gegebenen Lehren aufgefunden werden können, und zwar durch Routine-Tests und Optimierungen, hängen ab von dem Modulus/Moduli des Polymermaterials oder anderer Materialien, die benutzt werden, um diese Teile herzustellen, und von der maximalen Kraft, der es gilt zu widerstehen.
Vorzugsweise beträgt die minimale Querschnittsdicke 298 des Dichtelements 188 weniger als etwa 25% des Abstandes 300, und besonders bevorzugt weniger als etwa 17%. Diese Dicke hängt ebenso von den Eigenschaften des Materials ab, und von der Dicke 300 des Dichtelements 188 und sollte mittels Routine-Tests und Optimierungen ausgewählt werden.
Unter Bezugnahme auf die 5B umfasst das Dichtelement 188 eine stromabwärts gelegene Fläche 302, die derart positioniert ist, dass sie von dem Ventilsitz weg zeigt, wenn der Ventilteller in einer operativen Konfiguration in der Pumpenkassette eingebaut ist. Die stromabwärts gelegene Oberfläche 302 umfasst eine Umfangskante 304. Die Linie 306 zeigt eine Gerade, die als Tangente an einen Punkt oder in die Nähe (kumulativ hierin als „Nähe" bezeichnet) der Umfangskante 304 der stromabwärtigen Fläche 302 gelegt ist, wenn das Dichtelement unbelastet ist. Der Winkel A3 stellt den Winkel zwischen der Tangente 306 und dem Ventilsitz dar, oder äquivalent dazu, mit einer Linie 308 dar, die parallel zu dem Ventilsitz verläuft. Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt der Winkel A3 zwischen etwa 20 Grad und etwa 50 Grad, bei besonders bevorzugten Ausführungsformen beträgt er etwa 30 Grad bis etwa 40 Grad, und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt er etwa 36 Grad.
Unter Bezugnahme auf die vergrößerte (Teil-) Querschnittansicht der 5C wird dort die Kontur der Schließfläche 200 besser verständlich. Die Schließfläche 200, wie dargestellt, umfasst eine konkave Oberfläche 310, die eine Kombination von drei linearen Segmenten aufweist. Die konkave Oberfläche 310 umfasst das mittige lineare Segment 312, welches eine Orientierung hat, die im wesentlichen parallel zu der Ebene 299 verläuft, sowie zwei im Winkel dazu verlaufende lineare Abschnitte (d.h. die Sektion 314 und eine äquivalente Sektion, die an der gegenüberliegenden Seite des Dichtelements 188 angeordnet ist und nicht dargestellt ist), die benachbart des Umfangs des fluidundurchlässigen Umfangsflansches 202 angeordnet sind. Bei alternativen Ausführungsformen kann die konkave Oberfläche, im Gegensatz zu der konkaven Oberfläche 310, die aus einer Reihe von verbundenen linearen Segmenten ausgebildet ist, stattdessen zumindest einen Abschnitt daran aufweisen, der aus einer gekrümmten Fläche besteht. Es ist anzumerken, dass bei Ausführungsformen, bei denen die konkave Fläche 310 gekrümmt ausgebildet ist, wenn die Schließfläche 200 in Richtung des Ventilsitzes gedrückt wird, der Radius der Krümmung der konkaven Oberfläche dazu neigt anzusteigen, da sich das Dichtelement in dem Ventilsitz nach aussen abflacht.
Im allgemeinen, wenn eine Kraft auf das Dichtelement 188 aufgebracht wird, die dazu dient, das Dichtelement gegen den Ventilsitz zu pressen, zum Beispiel eine Kraft, die durch den Fluiddruck erzeugt wird, der auf die stromäbwärtige Fläche 302 des Dichtelements auftrifft, neigt die maximale Distanz zwischen der konkaven Fläche 310 und dem Ventilsitz dazu, sich zu verringern. Wie dargestellt, mit dem Dichtelement 188 in einer unbelasteten Konfiguration, ist die maximale Distanz zwischen der Schließfläche und der Ebene (d.h. die Ebene 299), die durch einen Ventilsitz definiert ist, der in Kontakt mit der Schließfläche steht, als Abstand 316 in der 5C gezeigt. Während der Abstand 316 über einen weiten Bereich von Werten reichen kann, sind nicht-Null Werte vorzuziehen. Der spezifische Wert, der am meisten bevorzugt ist, hängt zumindest zum Teil von den Materialeigenschaften des Dichtelements ab und von dem Niveau der aufgebrachten Kräfte, während des Betriebs, sowie dieser Wert durch Routine-Tests und Optimierungen aufgefunden wird, wie weiter oben bereits beschrieben. Bei einigen typischen Ausführungsformen übersteigt die Distanz 316 etwa 25% der vorher definierten Abmessung 300 des Dichtelements 188 nicht, besonders bevorzugt übersteigt sie nicht 20%, besonders bevorzugt übersteigt sie nicht 15%, insbesondere bevorzugt übersteigt sie nicht 12%, besonders bevorzugt übersteigt sie nicht 8%, und in einigen Ausführungsformen übersteigt sie nicht 4%, sowie sie bei einer Ausführungsform keine 8% des Abstandes 300 übersteigt.
Darüber hinaus schneidet bei bevorzugten Ausführungsformen eine Linie, die als Tangente an einen Punkt anliegt, der in der Nähe des Umfangs der konkaven Fläche 310 des Dichtelements liegt, wenn sich das Dichtelement in einem nicht belasteten Zustand befindet (z.B. die Linie 318 in der 5C) die Ebene 299/Line 308 mit einem Winkel A4 von zwischen etwa 1 Grad bis etwa 12 Grad. Bei noch bevorzugteren Ausführungsformen liegt A4 zwischen etwa 3 Grad und etwa 9 Grad, und bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt der Winkel A4 bei etwa 6 Grad.
Ein Ventilteller 187 eines alternativen Rückschlagventils, wie es in den 5D und 5E gezeigt ist, welches insbesondere geeignet ist für sehr hohe Drücke, umfasst einen Hauptkörper 290 und eine fluidundurchlässige am Umfang umlaufende Dichtlippe 203, die einen O-Ring (gezeigt in gestrichelten Linien, der Klarheit der Zeichnung wegen) umfasst. Der Teller ist vorzugsweise aus einem harten und minimal flexiblen Material gefertigt; wie etwa Metall oder ein hochfester Plastik. Die Form des Tellers 187 ist im allgemeinen ähnlich zu dem Teller nach den 5A bis 5C, mit der Ausnahme, dass der fluidundurchlässige und umlaufende Flansch 202 des Dichtelements 188, welches vorher erläutert worden ist, durch ein Dichtelement 189 ersetzt worden ist, welches sich von dem Körper 290 aus erstreckt, umfassend eine darin am Umfang umlaufende Nut 191, in die der O-Ring 203 eingesetzt ist, der die umlaufende Dichtlippe des Dichtelements ausbildet. Der verbleibende innere Teil der Schließfläche 201 ist vorzugsweise leicht konkav, und der O-Ring steht von dort für einen geringen Abstand 205 über. Wenn Druck/Kraft auf das Dichtelement ausgeübt wird, weicht der O-Ring aus und die Schließfläche 201 deckt die Öffnung in dem Ventilsitz wiederum ab. Der Einsatz eines stärkeren, weniger flexiblen Materials für den Ventilteller 187 erlaubt höhere maximale Drücke, die das Rückschlagventil aufnehmen kann, welches diesen Ventilteller umfasst, so dass der Einsatz dieses De signs besonders effektiv ist für Betriebsdrücke, die 60,95 MPa (10000 psig) übersteigen.
Eine alternative Ausführungsform eines Ventiltellers für hohen Druck ist in der 5F gezeigt. Der Teller 309 umfasst zwei Unterkomponenten, einen Metallkern 320, der einen steifen Einsatz hat sowie einen Polymerabschnitt 321, der die Dichtfunktion erfüllt. Der Metallkern hat einen Haken oder ähnliches, um ihn in dem Polymerabschnitt 321 fest zu halten. Der Ventilteller sitzt auf einer Öffnung 323 in einem Ventilsitz 324, der in der strukturellen Komponente 325 mittels einer Maschine heraus gearbeitet ist oder anders ausgebildet ist. Obwohl die Figur eine bevorzugte Ausführungsform zeigt, bei der der steife Einsatz mittig in der Schließfläche des Tellers 309 angeordet ist, kann bei anderen Ausführungsformen der steife Einsatz anders positioniert sein, solange zumindest ein Abschnitt des steifen Einsatzes zumindest einen Teil der Öffnung 323 in dem Ventilsitz 324 überlagert. Die strukturelle Komponente 325 kann eine Spule, ein Kolben oder ein Hauptkörperabschnitt einer Pumpenkassette sein, wie in der 1 dargestellt. Im Einsatz umgibt eine Feder oder ein anderes Spannelement (nicht gezeigt) zumindest teilweise den oberen Teil 326 des Tellers, um eine Kraft zum Schließen bereit zu stellen. Alternativ kann eine Feder oder ein anderes Druckelement an einem wahlweisen Vorsprung 327 angebracht werden, und dieses Element erstreckt sich nach unten durch die Öffnung 323 bis zu einem Anbringungspunkt irgendwo an der Einrichtung. Eine weitere Option, die nicht dargestellt ist, ist es, den Ventilteller auf dem Sitz zu zentrieren, indem ein hohler Zylinder anstatt des Vorsprunges 327 vorgesehen wird. Ein solcher Zylinder kann konfiguriert und positioniert werden, durch die Öffnung 323 heraus zu stehen und kann an einem Ankerpunkt angebracht sein, nämlich in dem Bereich hinter der Öffnung, und zwar mittels einer Feder oder einem anderen Druckelement. Unter Druck verformt sich der elastische Abschnitt des Ventiltellers, wie oben beschrieben. Der steife Einsatz 320 kann jedoch helfen, die Verformung ab einem bestimmten Ausmaß zu verhindern, nämlich dass sich der Ventilteller in die Öffnung 323 hinein deformiert. Unterschiedliche Plastikmaterialien können für den Polymerabschnitt benutzt werden, zum Beispiel die oben beschriebenen, um den Kolben und die Dichtkomponenten auszubilden. Weichere Polymere, wie etwa bestimmte Nylons, können einen O-Ring oder eine Stütze aus Metall erfordern, um eine Abstützung oberhalb eines relativ geringen Drucks zu erhalten.
In der 6A ist beispielhaft eine mechanische Antriebseinheit 330 gezeigt, die derart konfiguriert ist, dass sie mit der Pumpenkassette 100 (vorher in den 1 und 2A bis 2C gezeigt) gekoppelt werden kann, um die Kolbenstange 124 hin und her zu bewegen. Wie es in der 6A gezeigt ist, ist die Aufnahmestruktur 332 in ihrer geschlossenen betriebsmäßigen Konfiguration gezeigt, wobei die Aufnahmestruktur derart konfiguriert ist, dass sie mit der Pumpenkassette 100 zusammen passt und angekoppelt werden kann. In der 6B ist die Aufnahmestruktur 332 in einer offenen Position vor dem Einsetzen der Pumpenkassette 100 gezeigt. Die mechanische Pumpenantriebseinheit 330 kann im wesentlichen jeden Typ eines hin- und hergehenden mechanischen Pumpenantriebs umfassen, wie er im Stand der Technik bekannt ist. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die mechanische Pumpenantriebseinheit 330 eine in der Geschwindigkeit und/oder der Hublänge variable Pumpe. Die mechanische Pumpenantriebseinheit 330 kann eine Vielzahl von manuellen und/oder automatischen Kontrollen zur Einstellung der Geschwindigkeit und/oder der Hublänge umfassen, sowie sie eine Vielzahl anderer Kontrollen umfassen kann, wie etwa Alarme, Anzeigen, Indikatoren, usw., die typisch sind für Pumpenantriebseinheiten, die für kommerzielle Pumpzwecke eingesetzt werden, insbesondere für solche, die für medizinische und chirurgische Pumpzwecke eingesetzt werden. Die Aufnahmestruktur 332 kann modifiziert werden oder kann konfiguriert werden, so dass sie mit einer breiten Vielfalt von kommerziell verfügbaren mechanischen Pumpenantriebseinheiten oder mit mechanischen Pumpenantriebseinheiten nutzbar ist, die speziell entworfen und konfiguriert wurden, um sie mit den Pumpenkassetten nach der vorliegenden Erfindung einzusetzen, was für den Fachmann offensichtlich ist.
Die Aufnahmestruktur 332 ist konstruiert und angeordnet, die Pumpenkassette 100 während des Betriebs aufzunehmen und festzuhalten. Der Begriff „Aufnahmestruktur" oder „Aufnahmeneststruktur", wie hier benutzt, bezieht sich auf eine Struktur einer mechanischen Pumpenantriebseinheit oder Konsole, die derart konfiguriert ist, dass sie in direktem Kontakt mit der Pumpenkassette in Eingriff gelangt, so dass zumin dest ein Teil der Struktur zumindest teilweise einen Abschnitt der Pumpenkassette zumindest teilweise umgibt bzw. umfasst. Insbesondere ist die Aufnahmestruktur 332 konstruiert, um eine Form und Konfiguration aufzuweisen, die es ihr ermöglicht, mit der Pumpenkassette in operativer Zugehörigkeit mit der Pumpenantriebseinheit zusammen zu koppeln, wie es in der 6A gezeigt ist.
Die Aufnahmestruktur 332 ist vorzugsweise aus einem festen Material gefertigt, wie etwa Metall, zum Beispiel Edelstahl. Wie dargestellt, umfasst die Aufnahmestruktur 332 eine Basiskomponente 334, die für die Anbringung an der mechanischen Pumpenantriebseinheit 330 konfiguriert ist, zum Beispiel mittels Bolzen 336. Verschwenkbar mit der Basis verbunden ist ein Ventilsicherungselement 338, welches eingekerbte Fangarme 340 daran ausgebildet hat, die derart konfiguriert sind, mit den Stiften 342 des federbelasteten, verschwenkbaren Riegels 344 an der Basis 334 in Eingriff zu gelangen. Nach dem Einsetzen der Pumpenkassette 100 in die Aufnahmebohrung 346 für die Pumpenkassette der Aufnahmestruktur wird das Ventilsicherungselement 338 nach oben verschwenkt, indem der Handgriff 348 benutzt wird, bis die eingekerbten Fangarme 340 mit den Stiften 342 in Eingriff gelangt sind, so dass die Aufnahmestruktur geschlossen ist, wie es in der 6A gezeigt ist.
Nach dem Sichern der Pumpenkassette 100 in der Aufnahmestruktur, wie in der 6A dargestellt und oben diskutiert, gelangt die Kupplungskerbe 144 der Kolbenstange 124 vorzugsweise mit einem komplementären Riegelmechanismus (nicht gezeigt, aber siehe 14) innerhalb eines sich hin- und herbewegenden Kolbenstößels (nicht gezeigt, aber siehe 14) der mechanischen Pumpenantriebseinheit 330 in Eingriff. Bei einigen Ausführungsformen kann die Aufnahmestruktur 332 mechanische und/oder elektrische Mittel umfassen, zur Anzeige für ein Kontrollsystem der mechanischen Pumpenantriebseinheit und/oder zur Anzeige für eine Bedienperson der mechanischen Pumpenantriebseinheit, dass nämlich die Pumpenkassette 100 richtig damit für den Betrieb in Eingriff steht. Eine solche Anzeige kann benutzt werden, um den Betrieb der mechanischen Pumpenantriebseinheit zu ermöglichen, wenn die Pumpenkassette richtig eingesetzt und verriegelt ist, und kann den Betrieb unmöglich machen, wenn die Pumpenkassette nicht richtig eingesetzt und nicht richtig verriegelt ist.
Mechanische und/oder elektrische Mittel zur Ausführung der oben erwähnten Funktion sind im Stand der Technik gut bekannt oder involvieren nur einfache Modifikationen bekannter Techniken.
Die Ventilsicherungskomponente 338 ist konstruiert und angeordnet, um die Körperabschnitte 162 und 170 des Einlaß-Rückschlagventils 159 und des Auslaß-Rückschlagventils 160 jeweils am Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 zu sichern, wenn die Pumpenkassette in operativer Zugehörigkeit mit der Aufnahmestruktur gekoppelt ist, wie es in der 6A (siehe auch 1) gezeigt ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen sichert die Ventilsicherungskomponente 338 die Ventile, wie oben beschrieben, so dass eine fluiddichte Abdichtung, die dazu in der Lage ist, einer Differenz im Druck von zumindest 6,90 MPa (1000 psi) zu widerstehen, ohne eine bemerkenswerte Leckage dort hindurch, zwischen dem Körperabschnitt des Ventils und der Bohrung zu erzeugen, in die das Ventil eingesetzt ist (zum Beispiel die Bohrungen 106 und 108 der Ventilkörperabschnitte 162 und 170), wobei die Bohrung in dem Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette vorgesehen ist, jedoch nur nach dem Ankoppeln der Pumpenkassette in operativer Zugehörigkeit mit der Aufnahmestruktur. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Dichtung dazu in der Lage, einer Differenz im Druck zu widerstehen, die zumindest 34,47 MPa (5000 psi) beträgt, die bei besonders bevorzugten Ausführungsformen zumindest 55,16 MPa (8000 psi) beträgt, die bei besonders bevorzugten Ausführungsformen zumindest 103,42 MPa (15000 psi) beträgt, die bei besonders bevorzugten Ausführungsformen zumindest 137,901 MPa (20000 psi) beträgt, die bei anderen Ausführungsformen zumindest 206,84 MPa (30000 psi) beträgt, und die bei noch weiteren Ausführungsformen zumindest 344,74 MPa (50000 psi) beträgt. Das Ventilsicherungselement ist dazu in der Lage, den Ventilkörperabschnitt innerhalb des Hauptkörperabschnitts der Pumpenkassette sicher fest zu halten, indem der Ventilkörper innerhalb der Bohrung der Pumpenkassette gehalten wird, in die er eingesetzt ist, so dass verhindert wird, dass der Ventilkörper unter Druck heraus gedrückt wird und so dass eine Abdichtung bewirkt ist (zum Beispiel durch die O-Ringe 186, wie in der 1 gezeigt). Die Ventilsicherungskomponente 338 umfasst eine Öffnung 350 darin, um den Hindurchtritt von Fluidleitungen 166 und 174 zu ermöglichen, die in Fluidverbindung mit den Ventilen stehen. Die Öffnung 350 hat eine Weite, an einem Abschnitt benachbart dem Körperabschnitt der Ventile, wenn sich die Aufnahmestruktur in der geschlossenen Konfiguration befindet, wie es in der 6A gezeigt ist, die geringer ist als der Durchmesser des Schulterabschnitts 352 der Einlaß- und Auslaßmuffen, die die Körperabschnitte der Ventile ausbilden (siehe auch 1). Somit wird beim Schließen der Ventilsicherungskomponente 338 gegen die Basis 334 die Ventilsicherungskomponente gegen die Schultern 352 der Muffen pressen, so dass die Körperabschnitte der Ventile in dichtendem Eingriff mit dem Hauptkörperabschnitt 102 der Pumpenkassette 100 gehalten sind.
Bei bevorzugten Ausführungsformen schafft die Aufnahmestruktur 332 eine innenliegende Kontaktfläche 354 mit der Pumpenkassette (6B), die Konturen und Abmessungen aufweist, die ausgewählt sind, um komplementär zu den Konturen und Abmessungen der Außenfläche der Pumpenkassette zu sein, so dass nach dem Ankoppeln der Pumpenkassette an die Aufnahmestruktur ein deutlicher Anteil der Außenfläche der Pumpenkassette durch direkten Kontakt mit der Aufnahme abgestützt ist. Eine solche Konfiguration wird insbesondere dann bevorzugt, wenn der Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette aus Materialien konstruiert ist, die nicht dazu in der Lage sind den gewünschten Betriebsdrücken der Pumpenkassette zu widerstehen, ohne auszufallen, zum Beispiel durch Platzen, Reissen, Aufsplittern usw. des Hauptkörperabschnitts. Bei bevorzugten Ausführungsform sind die Aufnahmestruktur und die Pumpenkassette auch derart geformt und konfiguriert, dass sie nur dann für ein operatives Zusammenwirken eingekoppelt werden können, wenn die Pumpenkassette in einer einzigen, vorbestimmten Richtung eingesetzt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst eine innenliegende Kontaktfläche 354 der Pumpenkassette einen Vorsprung 356 (6B), der derart konfiguriert und positioniert ist, dass er mit der Orientierungskerbe 103 des Hauptkörperabschnitts 102 der Pumpenkassette zusammen passt (siehe 2A). Damit kann die Pumpenkassette 100 nur in die Bohrung 346 eingesetzt werden, wenn die Pumpenkassette so ausgerichtet ist, dass die Orientierungskerbe 103 mit dem Vorsprung 356 zusammen passt, so dass die Pumpenkassette sich in einem operativen Zusammenwirken befindet, wie es in der 6A gezeigt ist.
In der 7 ist eine alternative Ausführungsform einer Pumpenkassette gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, die einen Fluidströmungsweg hat, der eine Konfiguration aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu einer zentral angeordneten Pumpenkammer verläuft, so dass eine „T-förmige" Konfiguration ausgebildet ist. In der 8A ist eine Aufnahmestruktur und ein Abschnitt einer mechanischen Pumpenantriebseinheit dargestellt, um die Pumpenkassette in einer operativen Konfiguration an einer Pumpenantriebseinheit anzukoppeln, sowie die 8B eine Querschnittansicht der Pumpenkassette zeigt, die in der Aufnahmestruktur in einer operativen Konfiguration installiert ist.
Bezugnehmend auf die 7 und 8B umfasst die Pumpenkassette 400 einen Hauptkörperabschnitt 402, der drei Bohrungen 404, 406 und 408 darin ausgebildet hat. Die Bohrung 404 umfasst einen Zylinder, in dem der Kolben 410 während des Betriebs sich hin- und herbewegt. Die Bohrung 406 nimmt ein Einlaßrückschlagventil 412 auf, sowie die Bohrung 408 ein Auslaßrückschlagventil 414 aufnimmt. Der Zylinder 404 ist im wesentlichen zentral in dem Hauptkörperabschnitt 402 der Pumpenkassette 400 angeordnet und weist eine Längsachse 416 auf. Die Bohrungen 406 und 408 haben jeweils eine Längsachse 418, die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 416 des Zylinders 404 orientiert ist, wodurch eine T-förmige Strömungswegkonfiguration in der Pumpenkassette ausgebildet ist. Die Bohrungen 406 und 408 stehen in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer 420 des Zylinders 404, nämlich jeweils über die Kanäle 422 und 424.
So wie bei der vorher beschriebenen Pumpenkassette 100 kann der Hauptkörperabschnitt 402 der Pumpenkassette 400 aus einer breiten Vielzahl von Materialien gefertigt sein, im wesentlichen aus jedem der vorher erwähnten Materialien, wie im Zusammenhang mit dem Hauptkörper 102 der Pumpenkassette 100 beschrieben. Wie vorher diskutiert, kann der Hauptkörperabschnitt bei einigen Ausführungsformen aus einem steifen, druckabstützenden Material hergestellt sein, zum Beispiel aus bearbeitetem Edelstahl, wobei für diesen Fall der Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette gegenüber Betriebsdrücken widerstandsfähig sein kann, ohne dass es eines zusätzlichen Abstützens durch die Aufnahmestruktur bedarf. Bei alternativen Ausführungsformen, zum Beispiel Ausführungsformen, bei denen der Hauptkörperabschnitt 402 aus einem Material konstruiert ist, welches nicht dazu fähig ist, den anzunehmenden Betriebsdrücken zu widerstehen, zum Beispiel aus einem gegossenen Polymermaterial, kann die erläuterte Aufnahmestruktur 426 (siehe 8A und 8B) dazu dienen, die Außenfläche des Hauptkörperabschnitts der Pumpenkassette zu umgeben und abzustützen, so dass die Pumpenkassette dazu in der Lage ist, den erwünschten Betriebsdrücken zu widerstehen, wie es vorher mit Bezug zu den 6A und 6B erläutert worden ist.
Die Pumpenkassette 400, wie dargestellt, umfasst keine flexible Hülle, die eine Biodichtung ausbildet, so wie die oben erläuterte Pumpenkassette 100 nach der 1. Es ist jedoch so zu verstehen, dass bei alternativen Ausführungsformen die Pumpenkassette 400 leicht so konfiguriert werden kann, dass sie eine solche flexible Hülle aufweisen kann, wenn dies erwünscht ist.
Die Pumpenkassette 400 zeigt ebenso alternative Mittel zum Vorsehen einer Kolben-/Kolbenstangen-Kupplungskonfiguration. Im Gegensatz zu der Kolben-/Kolbenstangen-Konfiguration, die oben mit Bezug zu der 1 beschrieben worden ist, bildet die Kolbenstange 428 keinen Teil der entfernbaren/abnehmbaren Pumpenkassettenanordnung 400 aus, sondern ist Teil einer wiederverwendbaren mechanischen Pumpenantriebseinheit 430. Der Kolben 410 ist derart konfiguriert, dass er als entfernbares, kappenförmiges Element ausgebildet ist, welches über das distale Ende der Kolbenstange 428 passt, wenn die Pumpenkassette mit der Aufnahmestruktur 426 gekoppelt wird, und welches von der Kolbenstange abnehmbar ist, wenn die Pumpenkassette abgenommen und ausgetauscht wird. Der Kolben 410 umfasst vorzugsweise einen Hauptkörperabschnitt 432 und ein Dichtelement 130, die aus Materialien konstruiert sind und die Abmessungen aufweisen, die denen ähnlich sind, die oben mit Bezug zu den Kolben 122, 250 und 260 bereits diskutiert worden sind. Die mechanische Pumpenantriebseinheit 430 umfasst ein zurückziehbare Umhüllung 434, die die Kolbenstange bzw. den hin- und hergehenden Stößel 428 umgibt. Vor und/oder während der Installation der Pumpenkassette in der Aufnahmestruktur 426 wird die rückziehbare Umhüllung 434 zurück gezogen, wie es in der 7 gezeigt ist. Der Kolben 410 kann dann über das distale Ende der Kolbenstange 428 aufgesetzt werden, so dass die proximalen Vorsprungsarme 436 und 438, die Eingriffs köpfe 440 und 442 daran ausgebildet haben, jeweils in die Eingriffskerbe 444 der Kolbenstange bzw. des Stößels 428 eingreifen. Zu diesem Zeitpunkt ist die zurück ziehbare Umhüllung 434 distal weg bewegt und umgibt zumindest teilweise die Arme 436 und 438, so dass die Eingriffsköpfe 440 und 442 in der Kerbe 444 gesichert sind, wie es in der 8B gezeigt ist. Während des Betriebs bewegen sich die Kolbenstange 428 und die Umhüllung 434 als eine Einheit hin und her, so dass der Kolben 410 sicher an der Kolbenstange gehalten ist. Der so beschriebene Kupplungsmechanismus umfasst somit ein Schnapppassung des Kolbens 410 über und auf der Kolbenstange 428.
Das Einlaßrückschlagventil 412 und das Auslaßrückschlagventil 414 sind ebenso etwas anders konfiguriert in der Pumpenkassette 400, verglichen mit den Rückschlagventilen, die vorher im Kontext der Pumpenkassette 100 der 1 beschrieben worden sind. Die Einlaßmuffe 445 und die Auslaßmuffe 446 sind ähnlich zu denen, die mit Bezug zu der 1 beschrieben worden sind, mit der Ausnahme, dass die Hochdruck-O-Ringdichtungen 447 an Schulterabschnitten 448 getragen sind, im Gegensatz zu den Körperabschnitten 450 und 452, wie vorher mit der Ausführungsform nach der 1 beschrieben. Darüber hinaus sind die Schraubenfeder-Andruckelemente 454 etwas kleiner im Durchmesser, mit Bezug zu dem Durchmesser der Bohrungen 406 und 408, verglichen mit den Andruckelementen, die mit Bezug zu der 1 beschrieben worden sind. Dementsprechend, um eine falsche Ausrichtung und eine nicht gewünschte seitliche Bewegung der Federn 454 während des Betriebs zu verhindern, umfassen die Bohrung 406 des Hauptkörperabschnitts 402 und der Ventilkörperabschnitt 452 jeweils ein im Durchmesser relativ kleines Bohrungssegment 456 und 458, um dort jeweils die Feder 454 zu positionieren und zu stützen.
Die Ventilteller 460 sind auch unterschiedlich konfiguriert, verglichen mit denen, die mit Bezug zu den 5A bis 5C beschrieben worden sind. Die Ventilteller 460 umfassen Dichtelemente und haben Schließflächen 462, die im wesentlichen flache Oberflächen aufweisen, die im wesentlichen parallel zu den Ebenen ausgerichtet sind, die durch die Ventilsitze 464 des Einlaßrückschlagventils 412 und 466 des Auslaßrückschlagventills 414 definiert sind. Die Schließflächen 462, die den Ventilsit zen gegenüberliegen, umfassen eine umlaufende Nut 468 darin, in der ein am Umfang umlaufendes Lippenelement 470 angeordnet ist, welches einen elastomeren O-Ring umfasst. Die Konfiguration und die Abmessung und deren Beziehung zwischen dem O-Ring 470 und der umlaufenden Nut 468 ist vorzugsweise ähnlich wie die vorher diskutierte Beziehung für den Hochdruck-O-Ring 447 und für die Hochdruck-O-Ring-Dichtung, die mit Bezug zu der 1 oben diskutiert worden sind. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind die Dichtelemente 460 aus einem haltbaren steifen Material, zum Beispiel Metall, gefertigt. Bei alternativen Ausführungsformen ist anstatt des Vorsehens von O-Ringen 470, wie gezeigt, die gesamte Schließfläche des Ventiltellers beschichtet mit oder gebonded an eine elastomere Schicht eines Materials, oder zumindest teilweise beschichtet mit einem solchen Material, und zwar in einem Bereich, der die Öffnungen 471 und 472 überlappt und/oder umgibt. Bei noch weiteren alternativen Ausführungsformen kann das Dichtelement aus einem elastomeren oder dichtungsausbildenden elastischen Material gebildet sein, um eine druckdichte Abdichtung mit dem Ventilsitz auszubilden, ohne die Notwendigkeit für O-Ringe. Bei anderen alternativen Ausführungsformen kann das Dichtelement im wesentlichen so sein, wie dargestellt, mit der Ausnahme, dass keine am Umfang umlaufende Nut 468 vorhanden ist. Bei solchen Ausführungsformen können die O-Ringe getrennt von dem Dichtelement sein und einfach zwischen dem Dichtelement und dem Ventilsitz angeordnet sein.
Die Aufnahmestruktur 426 ist in den 8A und 8B am besten zu erkennen, dort wo sie dargestellt ist. Die Aufnahmestruktur 426 ist konfiguriert, um die gleichen Zwecke zu erfüllen wie vorher mit Bezug zu der Aufnahmestruktur 332 diskutiert, die in den vorherigen 6A und 6B dargestellt ist. Wie es in der 8A dargestellt ist, weist die Aufnahmestruktur 426 innenliegende Kontaktflächen 473 für die Pumpenkassette auf, die Konturen und Abmessungen haben, die derart ausgewählt sind, dass sie komplementär zu den Konturen und Abmessungen der Außenoberfläche der Pumpenkassette sind, so dass beim Einkuppeln der Pumpenkassette in die Aufnahmestruktur, wie es in der 8B gezeigt ist, ein deutlicher Anteil der Außenfläche der Pumpenkassette durch den Kontakt mit der Aufnahme abgestützt ist. Die Aufnahmestruktur 426 umfasst eine Hauptkörperabstützkomponente 474 und zwei angelenkte Ventilsicherungskomponenten 475 und 476. Jede der Ventilsicherungs komponenten umfasst eine Öffnung 478 und 480, die darin hindurch verläuft, und die derart positioniert und konfiguriert ist, dass die Einlaßmuffen und die Auslaßmuffen in den Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette beim Zusammenbauen gepreßt werden, womit eine leckdichte Abstützung der Einlaß- und Auslaßrückschlagventile (siehe 8B) geschaffen wird, ähnlich wie bereits im Kontext zu den 6A und 6B oben beschrieben. Wie es in der 8B gezeigt ist, sind die Komponenten 474, 475 und 476 aneinander gesichert, nachdem die Pumpenkassette 400 eingekoppelt ist, nämlich mittels Schraubbolzen 482. Es ist anzumerken, dass bei alternativen Ausführungsformen eine breite Vielfalt von anderen gut bekannten Befestigungs- und Sicherungsmitteln eingesetzt werden kann, als Alternative für die Schraubenbolzen 482. Zum Beispiel kann bei einer anderen Ausführungsform ein Riegel- und Freigabe-Mechanismus eingesetzt werden, ähnlich dem, der mit Bezug zu der 6A und 6B vorher beschrieben worden ist, wobei in diesem Fall die Aufnahmestruktur von Hand zusammen gebaut und wieder zerlegt werden kann, ohne die Notwendigkeit der Benutzung von irgendwelchen Werkzeugen.
Im folgenden werden mit Bezug zu den 9 bis 13 und 16 verschiedene Konfigurationen und Ausführungsformen von axial konfigurierten Pumpenkassette beschrieben, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. „Axial konfiguriert", wie hier benutzt, bezieht sich auf eine Pumpenkassette, bei der der Kolben und zumindest eines der Einlaß- oder Auslaßrückschlagventile zumindest teilweise innerhalb einer Bohrung aufgenommen sind, die eine im wesentlichen durchgehende Längsachse aufweist, sowie die Längsachse des Kolbens im wesentlichen parallel zu der Längsachse der Bohrung ist.
In den 9A bis 9C ist eine erste Ausführungsform einer axial konfigurierten Pumpenkassette 500 gezeigt, die einen Hauptkörperabschnitt 502 hat, der aus einem länglichen Abschnitt einer dünnwandigen Röhre geformt ist. Während der Hauptkörperabschnitt des Kolbens möglicherweise aus einer breiten Vielfalt von Materialien konstruiert sein kann, zum Beispiel diejenigen, die oben mit Bezug zu dem Hauptkörper 102 der Pumpenkassette 100 beschrieben worden sind, kann der Hauptkörperabschnitt 502 bei bevorzugten Ausführungsformen einen Längsabschnitt eines dünnwandigen Metalls umfassen, vorzugsweise eine Edelstahlröhre. Die besonderen Wandstärken und Innendurchmesser der dünnwandigen Röhre, die eingesetzt wird, um den Hauptkörperabschnitt 502 auszubilden, hängen selbstverständlich von den Anforderungen bezüglich der gewünschten Betriebskonditionen der Pumpenkassette ab. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Hauptkörperabschnitt 502 eine etwa 88,9 mm (3,5 Zoll) bis etwa 101,6 mm (4 Zoll) lange mit etwa 9,525 mm (0,375 Zoll) I.D. Edelstahlröhre, mit einem Außendurchmesser von etwa 12,7 mm (0,5 Zoll). Diese Konfigurationen sind auch geeignet für axial konfigurierte Pumpenkassette, die unten auch noch beschrieben werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Hauptkörperabschnitt 502 aus einer Röhre konstruiert, die einen Durchmesser und eine Wandstärke hat, die ausreicht, um dem gewünschten Pumpdrücken zu widerstehen, die von der Pumpenkassette während des Betriebs erzeugt werden, ohne dabei zu Platzen, zu Splittern oder eine ungewöhnliche Expansion zu erfahren, die ausreichen würde, ein Leck zu verursachen oder zu erlauben oder das Versetzten von Bauteilen während des Betriebs, die in der Röhre positioniert sind. (Das sind Beispiele von „dünnwandigen" Röhren, wie oben beschrieben).
In der axialen Bohrung 504 der länglichen Röhre 502 und ausgerichtet zu der gemeinsamen Längsachse 506 sind die verschiedenen Komponenten enthalten, umfassend die Kolbenstange 508, den Kolben 510, die Einsätze 512, 514 und 516, das Einlaßrückschlagventil 518 und das Auslaßrückschlagventil 520. Die Struktur und die Konfiguration des zentralen Einsatzes 514 ist im Detail in den 9B und 9C dargestellt. Bei bevorzugten Ausführungsformen, wie den dargestellten, ist jedes der Einlaß- und Auslaß-Rückschlagventile in der Pumpenkassette zumindest teilweise innerhalb der axialen Bohrung der Röhre angeordnet, so dass im wesentlichen alle bewegten Teile jedes Ventils im wesentlichen komplett innerhalb der axialen Bohrung aufgenommen sind. Die sich bewegenden Teile des Rückschlagventils umfassen den Ventilteller und/oder das Dichtelement, sowie jegliches Andruckelement (zum Beispiel die Schraubenfeder 196). Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Auslaßrückschlagventil 520 an dem distalen Ende 522 der axialen Bohrung 504 positioniert, der Kolben 510 bewegt sich proximal zu dem Auslaßventil hin und her, und das Einlaßrückschlagventil 518 ist innerhalb des Einsatzes 514 positioniert und ist zwischen dem Auslaßrückschlagventil und dem Kolben angeordnet.
Die Kolbenstange 508 und der Kolben 510 sind im wesentlichen ähnlich zu denen, die oben mit Bezug zu den 1, 3 und 4 beschrieben worden sind, mit der Ausnahme, dass der Kolben 510 an der Kolbenstange 508 mittels der mit Haken versehenen Verbindung 524 angekoppelt ist. Der Kolben 510 ist derart konfiguriert, dass er innerhalb des Zylinders 526 der axialen Bohrung 504 während des Betriebs hin und her geht. Die Rückschlagventile 518 und 520 sind innerhalb der axialen Bohrung 504 durch Einsätze 512, 514 und 516 positioniert. Der Einsatz 514 umfasst zwei Kammern 528 und 530, die darin ausgebildet sind, um jeweils die sich bewegenden Teile des Einlaßrückschlagventils 518 und des Auslaßrückschlagventils 520 zu umgeben. Der Einsatz 514 bildet einen Körperabschnitt für jedes Rückschlagventil 518 und 520, so wie es konfiguriert ist. Die Einsätze umfassen auch Kanäle, die darin ausgebildet sind (z.B. Kanäle 532, 534, 536, 538, 540 und 541), so dass innerhalb der Pumpenkassette 500 Einlaß- und/oder Auslaß-Strömungswege vorgesehen sind. Der Teller, die Dichtelemente und die Andruckelemente des Einlaßrückschlagventils 518 und des Auslaßrückschlagventils 520 sind im wesentlichen äquivalent zu denen, die mit Bezug zu den 1 und 5 oben beschrieben worden sind.
Wie dargestellt, umfassen die Einsätze 512 und 514 separate Elemente, die in die axiale Bohrung 504 eingesetzt und gesichert sind. Bei alternativen Ausführungsformen können die Einsätze als eine einzelne Einheit ausgebildet und/oder als Teil des Hauptkörperabschnitts der Pumpenkassette ausgebildet sein, zum Beispiel kann ein Teil der Struktur des Hauptkörpers Kanäle und Kammern aufweisen, die dort hinein gearbeitet sind (zum Beispiel kann ein Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette, anstatt aus einer länglichen dünnwandigen Röhre hergestellt zu sein, aus einem länglichen Abschnitt eines festen Stücks Material hergestellt sein, welches bearbeitet ist, um die unterschiedlichen Kammern und Strömungswege auszubilden, wie dargestellt). Somit können die Einsätze aus einer breiten Vielfalt von Materialien konstruiert sein, umfassen im wesentlichen all Materialien, die oben bereits diskutiert worden sind, mit Bezug zu den Materialien, um den Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette auszubilden, sowie bei bevorzugten Ausführungsformen die Einsätze vorzugsweise aus einem relativ festen Material gebildet sind, wie etwa ein hartes und beständiges Plastik oder Metall, vorzugsweise Edelstahl, wobei die Einsätze mit Maschinen bearbeitet oder gegossen sind, um die verschiedenen Merkmale, Bohrun gen, Kanäle usw. mittels herkömmlicher Bearbeitung und Gießtechnik auszubilden, wie dargestellt.
Die Einsätze können in der axialen Bohrung der Pumpenkassette mittels einer Vielzahl von Mitteln gesichert sein, die dem Fachmann bekannt sind. Zum Beispiel können die Einsätze 514 und/oder 516 eine solche Größe aufweisen, dass sie einen Außendurchmesser haben, der etwas größer ist als der Innendurchmesser der dünnwandigen Röhre, umfassend den Hauptkörperabschnitt der Pumpenkassette, und diese können in die axiale Bohrung mit einer Preßpassung eingesetzt werden, wodurch eine Passung ausgebildet wird, die ausreicht, um die Einsätze auch unter Druck in den Bohrungen zu halten. Alternativ kann einer der Einsätze oder können beide Einsätze innerhalb der Bohrung mittels Hartlöten, Schweissen, Kleben usw. in der Bohrung gehalten werden, so wie es für einen Fachmann eindeutig ist. Alternativ und wie oben im Kontext mit den 6A und 6B und 8A und 8B beschrieben, können bei alternativen Ausführungsformen die Einsätze 514 und 516 innerhalb der axialen Bohrung unter Druck nur dadurch festgehalten werden, dass die Pumpenkassette mit einer Aufnahmestruktur gekoppelt wird, wobei die Aufnahmestruktur derart konfiguriert ist, dass sie mit dem Einsatz 516 in Eingriff gelangt, wodurch er während des Betriebs an Ort und Stelle in der axialen Bohrung gehalten wird.
Der Einsatz 512, wie er in der 9A gezeigt ist, ist innerhalb des Hauptkörperab schnitts der Pumpenkassette mittels einer Bördel-Dichtungs-Methode gesichert. Diese Methode umfasst das Positionieren des Einsatzes 512, der einen Körperabschnitt des Einlaß-Rückschlagventils 518 aufweist, innerhalb der axialen Bohrung 504 und das Sichern des Einsatzes innerhalb der Röhre 502, durch Ausbilden einer Bördelung 542, die die Wand der Röhre in einen Kanal oder eine Nut 544 des Einsatzes verformt, wodurch eine am Umfang umlaufende im wesentlichen leckdichte Abdichtung zwischen der Röhre und dem Einsatz ausgebildet wird, ohne das irgendwelche anderen zusätzlichen Dichtungen notwendig wären. Bei alternativen Ausführungsformen muss der Einsatz die umlaufende Nut 544 nicht aufweisen und kann einfach etwas kleiner im Durchmesser sein als die axiale Bohrung, so dass es ermöglicht wird, dass die Bördelung 542 ausgebildet wird. Diese alternative Konfiguration bietet jedoch eine schlechtere Abdichtung und Leck-Verhinderung, so dass sie weniger be vorzugt ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Bördelung entlang des Umfangs der Röhre ausgebildet, so dass sie im wesentlichen kontinuierlich ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Bördelung eine Reihe von diskreten Einschnitten aufweisen, entlang des Umfangs der Röhre, und damit nicht kontinuierlich ausgebildet sein. Bei jeder Abdichtung mittels Bördelung, die einen Einsatz involviert, mit einer am Umfang umlaufenden Nut oder mit am Umfang umlaufenden Nuten, kann ein O-Ring in der Nut angeordnet werden, bevor die Röhre gecrimpt wird, falls gewünscht, um die Abdichtung zu verbessern.
Ähnliche Bördelungsabdichtmethoden sind im Stand der Technik in einem anderen Zusammenhang bekannt; es wird jedoch angenommen, dass solche Crimp- bzw. Bördelungsabdichtungen noch nicht bei der Herstellung oder Fabrikation einer Pumpenkassette aus einem Stück einer dünnwandigen Röhre eingesetzt worden sind, die durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird. Die Crimpdichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können ausgebildet werden, indem herkömmliche und käuflich erwerbbare Ausrüstung benutzt wird. Zum Beispiel sind die Crimpdichtungen, die in der 9A dargestellt sind, ebenso wie die in den 10A, 11A, 12A, 12B und 13A gezeigten, hergestellt worden unter Benutzung einer Standard-Radial-Crimpmaschine (z.B. eine UNIFLEX^TM Radialcrimpzange mit sechs Backen, Typ HM-150; Uniflex Hydraulic GmbH, Karben, Deutschland). Die oben beschriebenen Beispiele benutzen eine Röhre aus Edelstahl mit einem nominellen Außendurchmesser von 12,7 mm (0,500 Zoll) und einem nominellen Innendurchmesser von 9,525 mm (0,375 Zoll), mit einer Wandstärke von etwa 1,588 mm (0,0625 Zoll). Die Tiefe des Kanals (z.B. 544) in den Einsätzen innerhalb der Röhre (z.B. Einsatz 512) ist vorzugsweise etwa gleich der Dicke der Röhrenwand, und die Weite des Kanals ist in diesem Beispiel etwa drei mal die Wandstärke, während die maximale Weite der Bördelungsvorsprünge an den Crimpbacken (nicht gezeigt) etwa 1,3 mal die Wandstärke ist, sowie deren Tiefe ähnlich der Wandstärke ist. Die Abschnitte (z.B. 545) der Einsätze (z.B. 512) jenseits der Nut (z.B. 544) sollten signifikant länger sein als die Wandstärke, zum Beispiel zumindest das 1,5-fache länger, um eine Verstauchung zu vermeiden. Die entgültige nach innen gerichtete Penetration der crimpausbildenden Einsatz-Vorsprünge wird eingestellt, um eine signifikante Verstauchung bzw. Kollaps des Kanals zu verhindern, der durch den Einsatz hindurch tritt (z.B. die Passage 532 oder die Passage 740 in der 11A), oder der Röhre jenseits des Einsatzes. Modifikationen der Crimpeinsätze und der Werkzeuge sowie der Abmessungen des Einsatzes können von einem Fachmann für radiale Crimptechnologie leicht ausgeführt werden. Vorzugsweise wird beim Aufcrimpen der Röhre auf den Einsatz eine umlaufende leckdichte Abdichtung erzeugt, zwischen der Röhre und dem Einsatz, wahlweise ohne die Verwendung weiterer Dichtungen, wobei diese Abdichtung einer Druckdifferenz über die Abdichtung von zumindest 6,90 MPa (1000 psi), vorzugsweise zumindest 34,47 MPa (5000 psig), in einigen anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 55,16 MPa (8000 psig), in anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 103,42 MPa (15000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 137,90 MPa (20000 psig), in anderen Ausführungsformen zumindest 206,84 MPa (30000 psig), und in noch anderen Ausführungsformen zumindest 344,74 MPa (50000 psig) widerstehen kann.
Die Pumpenkassette 500 kann wie folgt betrieben werden. Um die Pumpenkammer 527 mit Fluid aufzufüllen, welches gepumpt werden soll, werden die Kolbenstange 508 und der Kolben 510 proximal in Richtung des Pfeils 546 verlagert. Während dieses Einlaßhubes strömt das Fluid, welches gepumpt werden soll, durch die Einlaßöffnung 548 in der Seitenwand der Röhre 502 ein, durch Kanäle 536 und 534 innerhalb des Einsatzes 514, durch das Einlaß-Rückschlagventil 518 und durch den Strömungskanal 532 des Einsatzes 512, sowie in die Pumpenkammer. Während dieses Befüllungsschrittes ist das Einlaß-Rückschlagventil 518 in einer offenen Position konfiguriert, während das Auslaß-Rückschlagventil 520 in einer geschlossenen Position konfiguriert ist.
Während des Auslaßhubes werden die Kolbenstange 508 und der Kolben 510 distal in Richtung des Pfeils 550 bewegt, so dass das Fluid von der Pumpenkammer durch den Kanal 532 in das Einlaß-Rückschlagventil 528 gedrückt wird. Der Druck dieses Fluids, welches auf das Dichtelement 188 trifft, neigt dazu, das Dichtelement gegen den Ventilsitz 552 zu pressen, wodurch eine druckdichte Abdichtung geschaffen ist. Das Fluid strömt dann aus der Kammer 528 über die Öffnung 554, durch den Kanal 538 und den Kanal 540, hinter das offene Auslaß-Rückschlagventil 520, und schließlich aus der Pumpenkassette über den Strömungsweg 541.
Der Einsatz 514 umfasst eine kreisförmige Nut 556, die am Umfang des Einlaßkanals 536 umläuft, die darin, wenn der Einsatz in einer operativen Konfiguration innerhalb der axialen Bohrung eingesetzt ist, einen O-Ring 558 enthält. Die Abdichtung, die ausgebildet ist durch den Kontakt des O-Rings mit der Innenfläche der axialen Bohrung, verhindert, dass die Flüssigkeit unter hohem Druck, die während des Auslaßhubs des Kolbens erzeugt wird, aus der Pumpenkassette über die Einlaßöffnung 548 entweicht. Der Einsatz 514 umfasst auch eine am Umfang umlaufende Nut 560, die einen O-Ring 561 aufnimmt, der eine Dichtung ausbildet, wenn montiert, so dass verhindert ist, dass gepumpte Flüssigkeit zwischen dem Einsatz und der Innenwand des axialen Bohrung leckt. Auf ähnliche Weise umfasst der Einsatz 516 eine ähnliche am Umfang umlaufende Nut 562, die einen O-Ring 564 enthält, der eine Dichtung erzeugt, die im wesentlichen die gleiche Funktion erfüllt, wie unmittelbar oberhalb beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Konfiguration der Nuten und der O-Ringe, die zur Ausbildung der oben erwähnten Dichtungen eingesetzt werden, vorzugsweise, wie oben bereits im Kontext zu den Hochdruck-O-Ring-Dichtungen der Pumpenkassette nach der 1 beschrieben worden ist, ausgebildet sind. Die O-Ring-Dichtungen, die in der verbleibenden Beschreibung diskutiert werden, sind ebenfalls vorzugsweise von der Hochdruck-Konfiguration, wie mit Bezug zu der 1 diskutiert, es sei denn es ist anderweitig spezifiziert in dieser Diskussion.
In der 10A ist eine alternative Ausführungsform der Pumpenkassette nach der 9A dargestellt. Aus Gründen der Klarheit sind die Kolbenstange und der Kolben, die im wesentlichen gleich sind wie die Kolbenstange und der Kolben nach der 9A, nicht dargestellt. Die Pumpenkassette 600 ist auf vielfache Weise ähnlich zu der Pumpenkassette 500, die in der obigen 9A gezeigt ist. Dementsprechend werden unten nur die wesentlichen Unterschiede hervor gehoben. Der mittig angeordnete Einsatz 604 der Pumpenkassette 600 (besser in den 10B und 10C gezeigt) ist etwas unterschiedlich konfiguriert, verglichen mit dem oben beschriebenen Einsatz 514. Der Einsatz 604 umfasst Kammern 606 und 608, die die sich bewegenden Teile des Einlaß-Rückschlagventils 610 und des Auslaß-Rückschlagventils 612 jeweils umgeben, die von der axialen Mittenlinie 506 der Pumpenkassette beabstandet angeordnet sind. Diese Konfiguration erlaubt eine et was weniger komplexe und leichter herzustellende Fluidströmungswegkonfiguration und eliminiert die Notwendigkeit des Vorsehens eines Umfangs-O-Ring-Kanals, der den Einlaßströmungsanschluß (z.B. der vorher erläuterte O-Ring-Kanal 556) umgibt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Leckage von Fluid unter hohem Druck hinter den Einsatz effektiv verhindert werden, indem zwei am Umfang umlaufende Kanäle 614 und 616 für die Aufnahme der O-Ringe 618 und 620 jeweils vorgesehen werden. Der Einsatz 604 umfasst einen Einlaßströmungsweg 622, der in Fluidverbindung mit einer Einlaßöffnung 624 steht, der wiederum in Fluidverbindung mit einer Einlaßöffnung 626 durch die Seitenwand der Röhre 502 steht. Die Einlaßöffnung 624, wie in der 10C dargestellt, ist in einem vertieften Abschnitt 628 des Spulenabschnitts 630 des Einsatzes positioniert. Der Einsatz 604 umfasst auch einen Ausgabekanal 632, der in Fluidverbindung mit der Kammer 608 des Auslaß-Rückschlagventils steht und der auch in Fluidverbindung mit der Kammer 606 des Einlaß-Rückschlagventils über die Öffnung 634 steht. Der distale Einsatz 636 schafft einen Hochdruckfluidverbinder 638, der eine andere Kopplungskonfiguration mit der Hochdruck-Auslaßfluidleitung (nicht gezeigt) hat als die vorher für den Einsatz 516 der 9A gezeigte. Darüber hinaus ist der Einsatz 636 innerhalb der Röhre 502 mittels einer Bördelung 541 gesichert, ähnlich wie der Einsatz 512.
Darüber hinaus umfassen das Einlaß-Rückschlagventil 610 und das Auslaß-Rückschlagventil 612 Ventilteller 640, die etwas unterschiedlich in der Konfiguration als die Teller 186, die vorher beschrieben worden sind. Insbesondere haben die Teller 640, anstatt einen Hauptkörperabschnitt zu haben, der einen Innendurchmesser hat, der etwas größer ist als der des Federandruckelements, wie oben erläutert, einen Hauptkörperabschnitt 642, der einen zylindrischen oberen Abschnitt 644 hat, mit einem Außendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Schraubenfedern 646, und der einen Basisabschnitt 648 hat, der einen größeren Durchmesser hat als der Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts und der im wesentlichen gleich ist zu dem Außendurchmesser der Feder 646. Bei dieser Konfiguration ist die Feder 646, anstatt innerhalb des Hauptkörperabschnitts des Tellers positioniert zu sein, wie vorher beschrieben, rund um die Außenfläche des oberen zylindrischen Abschnitts 644 des Hauptkörperabschnitts der Ventiltellers herum angeordnet.
In der 11A ist eine erste Ausführungsform einer axial konfigurierten Pumpenkassette dargestellt, umfassend einen Ventilkolben. Der Kolben 702 der Pumpenkassette 700 ist ringförmig in der Gestalt, mit einem zentral angeordneten Strömungsweg 704 dort hindurch. Wie es weiter unten im Dateil beschrieben wird, strömt während des Befüllungsschrittes des Bereichs 706 des Zylinders 708 stromabwärts des Kolbens Flüssigkeit oder ein anderes Fluid durch den Kolben, um den Bereich des Zylinders stromabwärts des Kolbens mit Flüssigkeit/Fluid zu befüllen. Der Kolben 702 ist mit dem hakenförmigen distalen Ende 710 der Kolbenstange 712 verbunden. Die Kolbenstange 712 umfasst einen Strömungsweg 714 darin, so dass der Zylinder 708 in Fluidverbindung mit einer Einlaßleitung (nicht gezeigt) steht, die mit dem Einlaß 716 der Kolbenstange verbunden ist. Die Kolbenstange 712 weist einen aufgeweiteten proximalen Endabschnitt 718 auf, der für das Ankoppeln an einen hin- und hergehenden Stößel einer mechanischen Pumpenantriebseinheit (nicht gezeigt) konfiguriert ist.
Der Kolben 702 umfasst zusammen mit dem Teller 720 und dem Haltemechanismus 722 ein Einlaßventil 724 der Pumpenkassette. Der Teller 720 umfasst ein Dichtelement 726, welches im wesentlichen ähnlich in der Konfiguration ist wie die oben beschriebenen Ventildichtelemente, die in Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Der Teller 720 umfasst jedoch keinen Hauptkörperabschnitt, wie zuvor erläutert. Der Ventilsitz 728 ist an der distalen Oberfläche des Hauptkörperabschnitts 730 des Kolbens 702 ausgebildet. Das Dichtelement 726 ist gegen den Ventilsitz 728 gehalten, nämlich durch Spannung, die durch die Schraubenfeder 732 auf den Draht 731 ausgeübt wird, die mit dem proximalen Ende des Drahtes verbunden ist. Das distale Ende des Drahtes 731 ist an dem Dichtelement 726 angebracht. Die Schraubenfeder 732 ist innerhalb der Kammer 734 der Kolbenstange 712 mittels der Platte 736 verankert, die in der Kammer 734 angeschweißt sein kann oder auf andere Art und Weise festgelegt sein kann.
Das Einlaß-Rückschlagventil 724 wird wie folgt betrieben. Während des Befüllungshubes wird die Kolbenstange 712 entlang der Richtung 546 zurück gezogen. Als eine Folge von entweder einem oder beidem, einem Vakuum, das in dem Bereich 706 erzeugt wird und dem positiven Einlaßdruck, der dem Kanal 714 in der Kolbenstange zugeführt wird, neigt das Dichtelement 726 dazu sich distal zu verlagern, mit Bezug zu dem Kolben 702, in eine Position, die durch gestrichelte Linien 738 angezeigt ist. In dieser Konfiguration steht das Dichtelement 726 nicht in Dichtkontakt mit dem Ventilsitz 728, und das Einlaßventil 724 ist daher offen, um eine Fluidströmung in den Bereich 706 zu erlauben. Während eines Auslaßhubes wird die Kolbenstange 712 in die Richtung 550 verlagert, wodurch eine fluidinduzierte Kraft auf das Dichtelement 726 erzeugt wird, so dass dieses gegen den Ventilsitz 728 gepresst wird, wodurch eine druckdichte Abdichtung ausgebildet wird. Das unter Druck stehende Fluid strömt dann von dem Bereich 706 durch den Kanal 740 des Einsatzes 512, hinter den Teller 640 des Auslaß-Rückschlagventils 744 (innerhalb des Einsatzes 746 positioniert) und aus der Pumpenkassette 700 durch den Kanal 748 der Einlaß-/Auslaßmuffe 636.
In der 11B ist eine alternative Ausführungsform einer axial konfigurierten Pumpenkassette dargestellt, wobei ein Kolben mit Ventil umfasst ist, sowie eine unterschiedliche Konfiguration von Kolbenstange und Auslaßventilanordnung vorhanden ist, verglichen mit der Ausführungsform nach der 11A. Die Pumpenkassette 800 umfasst eine Kolbenstange 802, die mit dem Kolben 802 gekoppelt ist, der einen Kupplungsbereich 126 für eine mechanische Pumpenantriebseinheit hat, der im wesentlichen gleich der Konfiguration ist, die oben mit Bezug zur Kolbenstange 124 der Pumpenkassette 100 beschrieben worden ist. Die Kolbenstange 802 umfasst eine Einlaßöffnung 804, die in Fluidverbindung mit der Einlaßkammer 806 und dem Einlaßkanal 808 steht. Das Dichtelement 726 wird gegen den Ventilsitz 728 des Kolbens 702 mittels eines Drahts 810 gehalten, der an dem Dichtelement an seinem distalen Ende angebracht ist und der an einer Schraubenfeder 812 an seinem proximalen Ende angebracht ist. Die Schraubenfeder 812 weist eine am meisten proximal liegende Windung 814 auf, die einen Durchmesser hat, der geringfügig größer ist als der Durchmesser der Windungen 816 innerhalb des Strömungskanals 808, und der größer ist als der Durchmesser des Kanals 808, wodurch sie dazu dient, die Feder 812 innerhalb des Strömungskanals 808 während des Betriebs zu positionieren und zu halten.
Das Auslaßventil 820 ist ebenso etwas unterschiedlich konfiguriert, verglichen mit dem Auslaßventil 744, wie oben mit Bezug zu der 11A beschrieben. Insbesondere setzt das Auslaßventil 820 einen Ventilteller 822 ein, welcher einen Hauptkörperabschnitt 824 hat, der einen Außendurchmesser hat, der nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Röhre 502. Der Teller 822 umfasst einen Hauptkörperabschnitt 824, der einen im wesentlichen massiven Querschnitt hat, der jedoch eine mittig angeordnete Bohrung 826 darin umfasst, in die eine Röhre 828, die einen federbelasteten Stift 830 hat, eingesetzt ist. Die Feder 832, die innerhalb der Röhre 828 enthalten ist, steht unter Spannung, so dass die Feder eine Kraft auf den Stift 830 ausübt, so dass das Dichtelement 188 und der Teller 822 gegen den Ventilsitz 834 gepreßt werden. Das distale Ende der Röhre 828 ist innerhalb des Auslaßströmungskanals 748 der Auslaßmuffe bzw. des Einsatzes 636 enthalten.
In der 11C ist eine alternative Einlaßventilkonfiguration für den Kolben 702 mit Ventil erläutert. Anstatt des Feder-/Draht-Haltemechanismus, wie vorher beschrieben, wird das Dichtelement 726 nach der vorliegenden Ausführungsform durch ein Netz oder Gitter 850 gehalten, welches an der distalen Fläche 852 des Hauptkörperabschnitts 730 des Kolbens 702 angebracht ist. Das Halteelement 850 sollte derart in der Größe gewählt und positioniert werden, dass eine seitliche Bewegung des Halteelements 726 im wesentlichen verhindert ist, sollte jedoch genügend axiale Bewegung des Elements 726 vorsehen, um eine relative unbeschränkte Strömung von Fluid hinter das Element zu ermöglichen, während die Pumpenkammer befüllt wird.
In der 11D ist eine alternative Ventilkolbenanordnung 870 umfassend zwei Ventile 872 und 874 dargestellt. Das Ventil 872 ist als Einlaß-Rückschlagventil konfiguriert, welches die Fluidströmung durch die Kolbenstange 876 entlang des Fluidströmungswegs 878 und durch den Kolben 880 über den Strömungskanal 882 in der Richtung des Pfeils 884 erlaubt. Das Auslaßventil 874 ist konfiguriert, um die Fluidströmung in der Richtung des Pfeils 886 und durch den Auslaßkanal 888 des Kolbens 880 und entlang des Auslaßströmungswegs 890 der Kolbenstange 876 zu ermöglichen. Wie dargestellt, ist das Einlaß-Rückschlagventil 872 innerhalb der Kammer 892 der Kolbenstange 876 angeordnet und das Auslaß-Rückschlagventil 874 ist innerhalb der Kammer 894 der Kolbenstange 876 angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen kann eines oder können beide der Rückschlagventile teilweise oder vollständig innerhalb einer Kammer oder Bohrung enthalten sein, die in dem Kolben ausgebildet ist, im Gegensatz zu der Kolbenstange. Die Teller 896 und die Andruckfeder 898 können im wesentlichen ähnlich im Design sein wie die oben beschriebenen, und zwar im Kontext der 1 und 5A bis 5C, mit der Ausnahme, dass typischerweise der Außendurchmesser der Ventilteller und Federn in der vorher erläuterten Ausführungsform etwas kleiner sind als die vorher beschriebenen, so dass diese innerhalb der Grenzen der Kolbenstange 876 passen, wie beschrieben.
Die 12A bis 12F zeigen unterschiedliche Ansichten und Komponenten einer axial konfigurierten Pumpenkassette 900, umfassend einen Kolben mit Ventil, einen hin- und hergleitenden Kolben umfassen, der relativ zu der Kolbenstange verlagerbar ist, mit der er verbunden ist. Die Pumpenkassette 900 hat einen Hauptkörperabschnitt 902, der aus dünnwandigem Rohr 502 gebildet ist, wie oben erläutert. Innerhalb der axialen Bohrung der länglichen Röhre 502 ist eine Auslaß-Rückschlagventilanordnung 904 enthalten, die Einsätze 906 und 908 sowie einen Teller 912, der von der Feder 910 unter Druck gesetzt ist, umfasst. Die Einsätze 906 und 908 sind innerhalb der Röhre 502 mittels einer Crimpdichtung 542 fest gehalten, wie vorher beschrieben. Der Einsatz 908, der an dem distalen Ende der Pumpenkassette 900 angeordnet ist, bildet eine Auslaßmuffe aus, die eine Hochdruckfluidverbindung 914 zur Anbringung an einer Hochdruckauslaßröhre (nicht gezeigt) ausbildet. Jeder der Einsätze 906 und 908 umfasst am Umfang umlaufende, Hochdruck-O-Ringe 916, die im wesentlichen äquivalent zu denen sind, die bereits bei früheren Ausführungsformen beschrieben worden sind.
Der am wesentlichste Unterschied, derder die vorliegende Ausführungsform von den vorher beschriebenen axial konfigurierten Pumpenkassette unterscheidet, umfasst die Konfiguration des hin- und hergleitenden Kolbens 920 und der Kolbenstange 922 (siehe 12D bis 12F). Wie es in der 12F am besten zu erkennen ist, ist der Kolben 920 in der Form kreisringförmig, mit einer zentral angeordneten Bohrung 924 dort hindurch, wodurch ein Strömungskanal definiert wird, der durch einen Teil des hin- und hergehenden Kolbens in der axialen Bohrung/Zylinder 926 verläuft.
Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Kolbenstange 922 ein proximales Ende auf, umfassend einen Kopplungsbereich 126 für einen mechanischen Pumpenantrieb, wie oben erläutert. In der dargestellten Ausführungsform ist eine flexible Hülle 928, die einen Biodichtung schafft, zum Beispiel durch einen Kleber an der Kolbenstange 922 und ein einer Seitenwand 930 der Röhre 502 angebracht.
Die Kolbenstange 922 ist konstruiert und positioniert, um eine Kraft auf den sich hin- und herbewegenden Kolben 920 auszuüben, um die Bewegung des Kolbens während des Betriebs anzutreiben. Der „floating" Kolben 920 ist mit der Kolbenstange 922 gekoppelt, mittels einer Kupplung 932, die eine relative Verlagerung zwischen dem Kolben und der Kolbenstange erlaubt, und zwar während zumindest eines Teils der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens in dem Zylinder. Die Kolbenstange 922 und der Kolben 920 bilden gemeinsam ein Einlaß-Rückschlagventil 934. Wie es im Detail weiter unten noch diskutiert wird, im Kontext mit der 12F, umfasst der Kolben 920 zusätzlich zu einer ersten Zylinderwanddichtkomponente 130 einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt 132, wie er bereits vorher mit Bezug zu den oben erläuterten Kolben beschrieben worden ist, sowie er auch ein Ventildichtelement 936 umfasst, welches einen proximalen Dichtflansch/eine zweite Dichtkomponente umfasst, die derart konstruiert und angeordnet ist, um einen abdichtenden Kontakt mit einer distalen Oberfläche 938 der Kolbenstange 922 auszubilden (wobei diese distale Oberfläche den Ventilsitz des Einlaßventils aufweist), und zwar des druckerzeugenden Hubs des Kolbens (siehe insbesondere 12D). Wie hier benutzt, ist ein proximaler Dichtflansch „konstruiert und angeordnet, um einen abdichtenden Kontakt herzustellen", nämlich mit einer distalen Oberfläche der Kolbenstange, wenn ein solcher Dichtflansch eine mechanische Struktur und Materialeigenschaften hat, die es dem Flansch erlauben, die distale Oberfläche der Kolbenstange zu kontaktieren und um eine Schnittstelle des Kontaktes zu erzeugen, nämlich zwischen den Oberflächen, wodurch eine Dichtung ausgebildet wird, die dazu in der Lage ist, einen hydrostatischen Druck aufrecht zu erhalten, ohne dass es zu einer bemerkenswerten Leckage dort hindurch kommt. Bei bevorzugten Ausführungsformen kann eine solche Dichtung einer Druckdifferenz widerstehen, die zumindest 6,90 MPa (1000 psi) beträgt, vorzugsweise zumindest 34,47 MPa (5000 psi), in einigen anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 55,16 MPa (8000 psi), in anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest 103,42 MPa (15000 psi), in anderen Ausführungsformen zumindest 137,90 MPa (20000 psi), in anderen Ausführungsformen zumindest 206,84 MPa (30000 psi), und in noch anderen Ausführungsformen zumindest 344,74 MPa (50000 psi). Der „floating" Kolben 920 kombiniert im wesentlichen sowohl die Zylinderabdichtmerkmale, die oben im Kontext zu den vorher erläuterten Kolben (z.B. der Kolben 122 der Pumpenkassette 100) beschrieben worden sind als auch ein Ventildichtungselement, welches in der Funktion ähnlich dem Dichtelement ist, welches oben beschrieben worden ist (z.B. siehe die 5A bis 5C und die zugehörige Beschreibung).
Wie es anhand der 12D bis 12F am besten zu erkennen ist, umfasst der proximale Dichtflansch 936 einen umlaufenden Flansch, der nach innen übersteht, in Richtung der Mitte der Bohrung 924 und in proximaler Richtung zum Ventilsitz 938 der Kolbenstange 922.
Das zu pumpende Fluid tritt in die Pumpenkassette 900 über die Einlaßleitung 940 ein, die mit der Einlaßklemme 942 verbunden ist (im Detail zu sehen in der 12B). Die Einlaßklemmer 942 umfasst eine C-förmige Federklemme, die in der Größe derart bemessen ist und konfiguriert ist, dass sie auf die Seitenwand 930 der Röhre 502 aufschnappt. Die Federklemme 942 kann aus einer breiten Vielfalt von elastischen Materialien geformt sein, und ist vorzugsweise aus einem halbfesten Plastikmaterial konstruiert, wie etwa einem Epoxypolymer. Die Federklemme 942 umfasst einen Schulterabschnitt 944, der eine Oberfläche hat, die der Röhre zugewandt ist, mit einer Umfangsnut 946 darin, um einen elastomeren O-Ring 948 aufzunehmen. Die Schulterkomponente 944 umfasst eine zentral angeordnete und vorstehende Röhre 950, die ein Anschlußende des Fluidströmungswegs 952 durch die Federklemme ausbildet. Die Einlaßöffnung 953 durch die Seitenwand 930 der Röhre 902 ist proximal zum Kolben 920 angeordnet. Der röhrenförmige Vorsprung 950 weist einen Durchmesser auf, der derart konfiguriert ist, dass er leicht innerhalb der Öff nung 953 in der Seitenwand 930 der Röhre 502 einschnappt und er hat eine solche Länge, die ausreicht, dass er zumindest einen Abschnitt der Wandstärke der Röhre 502 durchquert. Die natürliche Elastizität der Federklemme 942 erzeugt eine Kompressionskraft, die dazu in der Lage ist eine leckdichte Abdichtung zwischen dem O-Ring 948 und der Seitenwand 930 der Röhre 502 auszubilden, wodurch die Leckage von Einlaßfluid verhindert wird. Da die Fluiddrücke in diesem Bereich relativ niedrig sind (z.B. annähernd der Druck der Atmosphäre), muss diese O-Ring-Dichtung keine der oben beschriebenen Hochdruckvarianten sein.
Die Kolbenstange 922 weist einen proximalen Abschnitt 956 auf, der einen Außendurchmesser hat, der nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Röhre 502, um eine enge Gleitpassung auszubilden. Im Gegensatz dazu, umfasst die Kolbenstange 922 einen distalen Bereich 958, der einen kleineren Innendurchmesser hat, wodurch ein ringförmiger Raum 960 zwischen der Kolbenstange und der Innenfläche des Zylinders 926 ausgebildet ist, wodurch ein Einlaßströmungsweg für das Fluid ausgebildet ist, welches in den Bereich 963 des Zylinders 926 eintritt, stromabwärts des Kolbens 920 und während des Befüllungshubs (siehe 12E). Um die Leckage von Fluid von dem proximalen Ende der Röhre 502 zu verhindern, zum Beispiel in das Innere der flexiblen Hülle 928, und während des Betriebs, umfasst das proximale Ende 956 der Kolbenstange 922 vorzugsweise darin eine am Umfang umlaufende Nut 964, die darin einen elastomeren O-Ring 966 aufnimmt, der eine Gleitdichtung zwischen der Kolbenstange 922 und der Innenoberfläche der Röhre 502 ausbildet, die Leckage verhindert. Da die Fluiddrücke proximal zu der Kolbenstange relativ niedrig sind während des Betriebs, wie oben diskutiert, muss diese O-Ring-Dichtung keine Hochdruckvariante sein, wie oben beschrieben sowie bei vorherigen Ausführungsformen. Bezug genommen wird nun speziell auf die 12C und 12D. Die 12C zeigt eine Explosionsdarstellung eines Kupplungsmechanismus 932, der den „floating" Kolben 920 mit der Kolbenstange verbindet. In der 12D ist eine Detailansicht des Kolbens und der Kolbenstange gezeigt, konfiguriert während eines Auslaßhubs der Pumpenkassette, wenn sich das Einlaß-Rückschlagventil 934 in der geschlossenen Konfiguration befindet. Es sollte hier angemerkt werden, dass wenn der „floating" Kolben 920, wie dargestellt, ein einziges einstückiges Element umfasst, der Kolben bei anderen Ausführungsformen auch aus mehr als nur einem Element konstruiert sein kann, die miteinander verbunden sind und/oder aneinander befestigt sind. Bei der bevorzugten dargestellten Ausführungsform sind der Hauptkörperabschnitt 968, die erste Dichtkomponente 130 und die zweite Dichtkomponente 936 integral ausgebildet. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist der Kolben aus einem einspritzgegossenen Polymermaterial gefertigt, besonders bevorzugt aus den Materialien, die oben beschrieben worden sind, aus denen bevorzugt die Kolben der oben erläuterten Pumpenkassette gefertigt sind. Um eine Struktur zu schaffen, die dazu in der Lage ist hohen Pumpendrücken zu widerstehen, zum Beispiel höher als 1000 psig, ist es vorzuziehen, dass alle Oberflächen, die mit dem Fluid in Kontakt stehen, senkrecht zu der Längsachse 506 des Zylinders bzw. des Kolbens ausgerichtet und orientiert sind, sowie die, die nicht direkt durch die Kolbenstange (z.B. die Oberflächen 970) abgestützt werden, eine minimale Querschnittdicke aufweisen, die eine minimale Querschnittdicke des Dichtflanschabschnitts des Kolbens übersteigt (z.B. die Dicken 240 und 972, siehe 12F).
Der Kupplungsmechanismus 932 umfasst ein Kolbenhalteelement 974, gekoppelt mit, oder bei alternativen Ausführungsformen ausgebildet durch eine distale Fläche 938 der Kolbenstange 922. Das Halteelement 974 ist konstruiert und positioniert, um den distalen Abschnitt 976 des Hauptkörperabschnitts 968 des Kolbens zu berühren, während des Befüllungshubs (siehe 12E), um so den Kolben innerhalb des Zylinders proximal zu ziehen. Wie dargestellt, umfasst das Kolbenhalteelement 974 eine perforierte Scheibe, die eine Mehrzahl von am Umfang verteilten Kanälen 978 aufweist, die dort hindurch ausgebildet sind, und die Fluidströmungswege ausbilden, sowie einen mittig angeordneten Kanal 980, durch den der Kupplungsstift 982 eingesetzt ist. Der Kupplungsstift 982 ist anbringbar in der Bohrung 984 der Kolbenstange 922 gehalten. In der gezeigten Ausführungsform wird der Stift durch einen Kleber festgehalten. Bei alternativen Ausführungsformen kann die spezielle Kupplungskonfiguration anders sein als die gezeigte. Zum Beispiel kann der Stift 982 durch eine Schraube, eine Niete, eine hakenförmige Muffe oder andere Sicherungsmittel ersetzt werden. Alternativ können das Kolbenhalteelement und die Kupplungsmittel integral als Teil des distalen Endes der Kolbenstange ausgebildet werden. Ebenso braucht das Kolbenhalteelement 974 und der Stift 982 keine separate Komponente zu sein, sondern kann bei alternativen Ausführungsformen integral ausgebildet sein. Wenn das Halteelement 974 und der Stift 982 separate Elemente sind, wie gezeigt, ist es offensichtlich, dass der Außendurchmesser des Stiftes 982 etwas größer sein sollte als der Innendurchmesser der Bohrung 980, so dass das Halteelement 974 sicher auf dem Stift gehalten ist, durch eine Passung, so dass es sich relativ zum Stift axial nicht bewegen kann. Bei alternativen Ausführungsformen kann eine solche Passung ersetzt sein durch alternative Sicherungsmittel, zum Beispiel durch einen Kleber, eine Halteklemme, einen Halteflansch auf dem Stift, usw.
Wie es in der 12D gezeigt ist, wenn der Kolben in der Richtung des Pfeils 986 während eines Auslaßhubs bewegt wird, neigen die Reibungskräfte zwischen dem aufgeweiteten Dichtflansch 132 und der Zylinderwand und/oder die hydrodynamischen Kräfte dazu, den Kolben proximal und relativ zu der Kolbenstange 922 zu bewegen, so dass das Ventildichtungselement 963 gegen die distale Oberfläche 938 der Kolbenstange gepresst wird, wodurch eine Abdichtung ausgebildet wird. Wenn der Druck im Zylinder ansteigt, wird eine zusätzliche Kraft auf das Ventilsitzelement 936 aufgebracht, wodurch die Zuverlässigkeit der Dichtung erhöht wird, die zwischen dem Kolben und der Kolbenstange ausgebildet ist.
Es wird Bezug genommen auf die 12E, in der die Konfiguration der Kolbenstange und des Kolbens während des Einlaßabschnitts des Pumpenhubs dargestellt ist. Während des Einlaßhubs, wenn die Kolbenstange 922 proximal in die Richtung 988 verlagert wird, wie oben erwähnt, bewirkt der Reibungswiderstand des Dichtflansches 132 gegen die Innenfläche des Zylinders und/oder der hydrodynamische Widerstand, dass der „flaoting" Kolben 920 mit Bezug zu der Kolbenstange 922 sich distal verlagert, so dass ein Spalt 990 erzeugt wird, der einen Flüssigkeitsströmungsweg 992 durch die Bohrung 924 des Kolbens und Kanäle 978 des Halteelements 974 definiert, wodurch der Bereich 963 des Zylinders 926 stromabwärts des Kolbens befüllt wird. Tatsächlich passiert folgendes, nämlich dass der Kolben 920 während des Einlasses proximal durch ein Reservoir an Fluid sich bewegt, welches in den Kanälen 960 vorhanden ist, die den distalen Abschnitt 958 der Kolbenstange 922 umgeben. Darüber hinaus wird zusätzliches Fluid in den Zylinder 926 eingesaugt, proximal zu dem Kolben und während des Einlaßhubs, infolge eines leichten Vakuums, welches in dem Bereich 963 während des Zurückziehens des Kolbens erzeugt wird. Damit ist es im allgemeinen nicht notwendig Fluid unter positivem Druck zu dem Einlaß 952 zuzuführen, obwohl das gemacht werden kann, wie bei einigen Ausführungsformen, falls gewünscht, um die Kraft zu reduzieren, die erforderlich ist, um den Kolben und die Kolbenstange zurück zu bewegen und/oder um die Abnutzung und die Belastung auf dem Kolben 920 und/oder dem Kolbenhalteelement 974 und/oder dem Stift zu reduzieren.
Während der Zurückbewegung der Kolbenstange 922 bewegt sich der Kolben 920 distal mit Bezug zu der Kolbenstange, bis die distale Fläche 976 des Hauptkörperabschnitts 968 des Kolbens in Kontakt kommt mit dem Kolbenhalteelement 974, und an einer weiteren distalen Verlagerung mit Bezug zu der Kolbenstange gehindert ist. Der Bereich der relativen Bewegung zwischen Kolben und Kolbenstange 990 ist gleich der Differenz zwischen der Hublänge der Kolbenstange und des Kolbens während der Hin- und Herbewegung. Dieser Abstand kann eingestellt werden, zum Beispiel durch Justierung der Länge des Stiftes 982, der distal von der Kolbenstange 922 vorsteht, um eine gewünschte Kolbenhublänge vorzusehen, die kürzer ist als die Hublänge der Kolbenstange.
Eine vergrößerte Ansicht eines Details des „flaoting" Kolbens 920 ist in der 12F dargestellt. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind die Abmessungen und Konfiguration von Abschnitten des Kolbens, der konfiguriert ist, um eine Gleitdichtung mit der Innenfläche des Zylinders der Pumpenkassette auszubilden, zum Beispiel die erste Zylinderdichtkomponente 130, die den aufgeweiteten Dichtflansch 132 bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst, im wesentlichen ähnlich oder äquivalent zu ähnlichen Merkmalen, die mit Bezug zu vorher dargestellten Kolben bereits diskutiert worden sind. Merkmale, die im wesentlichen ähnlich in der Konfiguration zu denen sind, die bereits oben beschrieben worden sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei den oben beschriebenen Kolben. Ähnlich sind auch Dimensionen und Winkel, die Werte haben, die vorzugsweise in die Bereiche fallen, die vorher diskutiert worden sind, durch die gleiche Notation oder Bezugszeichen gekennzeichnet (z.B. die Durchmesser D3 und D4, die Winkel A1 und A3, sowie die Abmessungen 220, 240 und 242). Es ist anzumerken, dass die oben erwähnten Abmessungen mit Bezug zu einem Kolben gegeben werden, der für den Einsatz in einer Pumpenkammer entworfen wurde, die einen Innendurchmesser von etwa 0,375 Zoll hat, wie oben diskutiert. Wie oben erwähnt, hängen die optimalen Abmessungen und Winkel und Konfigurationen in gewissem Ausmaß von der Größe der Bohrung ab, in der sich der Kolben hin- und herbewegt, von den Materialien der Konstruktion und von der Konfiguration des Kolbens, den gewünschten Betriebsdrücken, der Drehzahl der Pumpe, und von weiteren Betriebsparametern, usw. Wie vorher diskutiert, ist das spezifische Design und die Konfiguration des Kolbens für eine effektive oder optimale Leistung typischerweise und einfach bestimmbar mittels Reihenversuche, die Routine-Experimente und Optimierungen umfassen.
In dem dargestellten Beispiel beträgt der Innendurchmesser D8 der mittig angeordneten Bohrung 924 des Hauptkörpers 968 des Kolbens 920 etwa 5,588 mm (0,22 Zoll). Der Außendurchmesser D9 des Schulterbereichs 976 des Hauptkörperabschnitts 968 beträgt etwa 7,366 mm (0,29 Zoll) und der Innendurchmesser D10 der Bohrung 993, deren Umfang durch die zweite Dichtkomponente 936 definiert ist, beträgt etwa 3,556 mm (0,14 Zoll). Ein typischer Wert der Dicke 972 der zweiten Dichtkomponente 936 beträgt etwa 0,25 mm (0,01 Zoll). Es ist so zu verstehen, dass jeder dieser Werte variiert werden kann, sowohl in positiver als auch in negativer Richtung, ausgehend von den oben erwähnten beispielhaften Werten, während trotzdem eine adäquate und möglicherweise übergeordnete Funktion im Vergleich zu einem Kolben erreicht wird, der die obigen Abmessungen hat, und zwar in vielen Betriebszuständen. Wie vorher schon hervorgehoben, hängen die optimalen Werte von jeder dieser Abmessungen von verschiedenen, vorher erwähnten Faktoren ab, und diese werden am besten mittels Routinetests und Optimierungen unter den gewünschten Betriebs bedingungen bestimmt. Wie dargestellt, beträgt D9 etwa 80% von 04; D8 beträgt etwa 80% von D9; und D10 beträgt etwa 40% von D4 oder etwa 50% von D9. Diese Verhältnisse sind machbar und für einige beispielhafte Konfigurationen und Betriebsbedingungen angenehm, können jedoch variiert werden, in Abhängigkeit von dem Material der Konstruktion, den eingesetzten Drücken, und dem System-Gegendruck und den Strömungsanforderungen. Wie oben diskutiert, sollten besondere Parameter mittels Routinetests und Optimierungen under den gewünschten Betriebszuständen bestimmt werden. Es gibt allgemeine Betrachtungen, die praktisch bei jedem Design zutreffen. D9 ist kleiner als D4, und zwar um einen Betrag, der durch die Dicke 240, die Länge 220 und den Winkel A2 bestimmt wird. D8 ist kleiner als D9, und zwar um einen Betrag, der ausreicht es der Schulter zu ermöglichen, mit dem Kolbenhalteelement 974 in Eingriff zu gelangen (siehe 12C und 12D), und um einen Betrag, der klein genug ist (oder mit einem absoluten Durchmesser, der groß genug ist), um zu verhindern, dass der Strömungsweg 978 in dem Halteelement 974 blockiert wird. D10 ist kleiner als D8, und zwar um einen Betrag, der im wesentlichen gleich dem Ausmaß des radial einwärtigen Überstands des Dichtelements 936 ist.
In Umfangsrichtung ist der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 937 der zweiten Dichtkomponente 936 dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilfläche 995, die dem Ventilsitz zugewandt ist, einen ersten Winkel A5 ausbildet, mit Bezug zu einer Ebene 994, die im wesentlichen senkrecht zu der Achse 506 verläuft, sowie eine distale ausgerichtete Oberfläche 996 einen zweiten Winkel A6 ausbildet, mit Bezug zu dieser Ebene. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Winkel A6 größer als der Winkel A5. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen liegt der Winkel A5 zwischen etwa 6 Grad und etwa 25 Grad, bei besonders bevorzugten Ausführungsform liegt der Winkel A5 zwischen etwa 10 Grad und etwa 15 Grad, und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Winkel A5 bei etwa 12 Grad. Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt der Winkel A6 zwischen etwa 15 Grad und etwa 60 Grad. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt der Winkel A6 zwischen etwa 20 Grad und etwa 40 Grad, und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel etwa 30 Grad.
Die 13 zeigt eine alternative Konfiguration 1000 der Pumpenkassette 900 nach der vorher beschriebenen 12A. Die Pumpenkassette 1000 ist im Wesentlichen äquivalent zu der Pumpenkassette 900, mit der Ausnahme, dass anstatt der Einlaßleitung, die an der. Pumpenkassette mittels einer Federklemme 942 angebracht ist und dass eine diskrete flexible Hülle 928 vorgesehen ist, die Pumpenkassette 1000 eine elastische Hülle oder Beschichtung 1002 hat, die beide oben erwähnten Funktionen erfüllt. Die elastische Hülle oder Beschichtung 1002 umkapselt die längliche Röhre 502 von einem Bereich, der distal zu der Einlaßbohrung 953 (siehe 12A) liegt bis zu einem Bereich, der proximal zu der Röhre ist, dort wo die Hülle oder Beschichtung 1002 abdichtend an der Kolbenstange 922 angebracht ist. Die Hülle bzw. die Beschichtung 1002 umfasst einen erweiterbaren Balg 1004, der darin ausgebildet ist, und der es der Kolbenstange 922 ermöglicht, sich während des Betriebs der Pumpenkassette hin und herzubewegen, wobei auch eine effektive Biodichtung geschaffen ist, die die Verunreinigung der Pumpenkammer der Pumpenkassette verhindert. Die Hülle oder Beschichtung 1002 umfasst auch einen hohlen, umlaufenden Balg 1006 darin, der axial entlang der Röhre 502 positioniert ist, so dass das hohle Innere in Fluidverbindung mit der Einlaßbohrung 953 (siehe 12A) der länglichen Röhre 502 steht, die die Pumpenkassette ausbildet. Der hohle Balg 1006 umfasst und steht in Fluidverbindung mit einem Einlaßleitungsverbinder 1008, der so konfiguriert ist, dass er mit der Einlaßleitung verbunden werden kann und damit in Fluidverbindung steht.
Die Hülle oder Beschichtung 1002 kann aus einer breiten Vielfalt von elastischen Materialien gefertigt werden und ist vorzugsweise aus einem elastomeren Material geformt, zum Beispiel aus einem elastomeren Polymermaterial, wie etwa natürlicher oder synthetischer Gummi. Die Hülle oder Beschichtung kann mittels Beschichten der Röhre 502 oder durch Aufschrumpfen der Hülle auf die längliche Röhre 502 und die Kolbenstange 922 ausgebildet werden. Alternativ kann eine Beschichtung auch zum Beispiel durch Einspritzgiessen und nachfolgendes Installieren auf der länglichen Röhre und der Kolbenstange ausgebildet werden, wie dargestellt. Die fluiddichte Abdichtung der Hülle/Beschichtung 1002 an der Außenoberfläche der länglichen Röhre 502 und der Kolbenstange 922 kann bei einigen Ausführungsformen verbessert werden, nämlich durch Anbonden der Kontaktflächen der Röhre und/oder der Kolbenstange mit der Hülle/Beschichtung 1002, oderdurch Anbonden ausgewählter Abschnitte solcher Oberflächen, nämlich durch eine Vielzahl von gut bekannten Mitteln, beispielsweise mittels verschiedener Kleber, durch Lösemittelschweissen, Ultraschallschweissen, thermisches Bonden, usw.
Die 14 zeigt eine Ansicht einer auseinander gebauten Aufnahmestruktur 1020 und einen Teil einer mechanischen Pumpenantriebseinheit 1022, an die sie angebracht werden kann, und die genutzt werden kann, so wie dargestellt oder mit geringfügigen Modifikationen, mit einigen der vorher beschriebenen axial konfigurierten Pumpenkassette (z.B. den Pumpenkassetten 900 und 1000). Die mechanische Pumpenantriebseinheit 1022 umfasst einen sich hin- und herbewegenden Pumpenstößel 1024, der eine mittig angeordnete Bohrung 1026 darin hat, um den Kupplungsbereich 126 der mechanischen Pumpenantriebseinheit der Kolbenstange aufzunehmen. An dem hin- und hergehenden Pumpenstößel 1024 ist verlagerbare Eingriffsklemme 1028 angebracht, die derart konfiguriert ist, dass sie mit der Kupplungskerbe 144 des Kupplungsbereichs 126 der mechanischen Pumpenantriebseinheit zusammenpassend in Eingriff gelangt. Der hin- und hergehende (Pumpen-) Stößel 1024 umfasst eine geschlitzte Nut durch die Seitenwand darin (nicht gezeigt), die unterhalb der Kupplungsklemme 1028 positioniert ist. Die Kupplungsklemme 1028 umfasst einen Kerbeneingriffsvorsprung (nicht gezeigt), der sich von einer inneren Oberfläche dort aus in den oben erwähnten Schlitz hinein erstreckt, der so konfiguriert ist, dass er mit der Kupplungskerbe 144 der Kolbenstange in Eingriff gelangt, wenn die Klemme 128 in Kontakt mit der Außenfläche 1030 des Stößels 1024 positioniert ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Klemme 1028 eine Feder oder ein Andruckelement, welches seine Innenfläche gegen die Fläche 1030 drückt, wodurch der Eingriff des Vorsprungs mit der Kupplungskerbe 144 aufrecht erhalten wird, wenn die Kolbenstange in der Bohrung 1026 installiert ist. Nach dem Außereingriffbringen kann eine Bedienperson die Klemme 1028 in der Richtung des Pfeils 1032 verschieben, um den Vorsprung ausreichend weit aus der Bohrung 1026 zu verlagern, um die Entfernung der Kolbenstange aus der Bohrung zu erlauben. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Kupplungsvorsprung, der durch die Klemme 1028 vorgesehen ist, mit einer Keilform versehen, so dass das sich im Querschnitt verjüngende distale Ende der Kolbenstange (siehe zum Beispiel die 1) automatisch den Vorsprung verlagert, wenn die Kolbenstange in die Bohrung 1026 eingesetzt wird, so dass eine einfache, automatische Kopplung während des Zusammenbauens der Pumpenkassette in operativer Konfiguration mit der mechanischen Pumpenantriebseinehit 1022 und der Aufnahmestruktur 1020 gegeben ist.
Die Körpereingriffskomponente 1034 der Aufnahmestruktur 1020 ist mit der mechanischen Pumpenantriebseinheit 1022 zum Beispiel mittels Schraubbolzen (nicht dargestellt) verbunden. Die Körpereingriffskomponente 1034 umfasst eine Bohrung 1035, die die längliche Röhre umgibt, die den Hauptkörperabschnitt der axial konfigurierten Pumpenkassette umfasst, während des Ankoppelns, und eine Bohrung 1036 durch eine Seitenwand 1038 der Komponente 1034, um den Zugang einer Einlaßleitung zu ermöglichen, zum Beispiel der Einlaßleitung 940 der Pumpenkassette 900 oder die Einlaßleitung 1010 der Pumpenkassette 1000. Die Pumpenkassette wird während des Ankoppelns innerhalb der Bohrung 1035 der Aufnahmestruktur abgestützt und an weiterer Bewegung gehindert, sowie die axiale Verlagerung der Pumpenkassette mit Bezug zu der mechanischen Pumpenantriebseinheit verhindert ist, nämlich mittels eines Auslaßverbindungseingriffsabschnitts 1040 der Aufnahmestruktur 1020, die herausgearbeitete Vertiefungen 1042 darin aufweist, die eine Form und Abmessungen haben, die der Form und den Abmessungen der Schulterbereiche 909 des Auslaßverbinders 908 (siehe 12A und 13) komplimentär und zusammenpassend entsprechen. Der Auslaßverbindungseingriffsabschnitt 1040 kann an der Körpereingriffskomponente 1034 mittels Verbinder gesichert werden, zum Beispiel mittels Schraubbolzen (nicht dargestellt), wodurch eine operative Konfiguration erhalten wird.
In der 15A ist eine alternative Konfiguration einer Kolben- und einer Kolbenstangen-Anordnung dargestellt, die einen steifen Stützring (z.B. aus einem Metall oder aus einem anderen festen und im wesentlichen steifen Material) umfasst. Diese Konfiguration kann vorteilhafterweise eingesetzt werden bei zahlreichen der „nichtfloatenden" Dichtkolbenanordnungen, die vorher offenbart worden sind, wie etwa in den 3, 4A, 4B, 4C, 9A, 11A, 11B, 11C, 11D gezeigt, um die Lebensdauer des Kolbens zu verlängern. In der dargestellten Querschnittansicht weist der Kolben 1602 aus Polymermaterial eine Dichtkomponente 130 auf, und ist durch einen Stützring 1603 gestützt, der ein sich im Querschnitt verjüngendes Außenprofil hat, mit seinem maximalen Überstand bei 1607. Der Kolben 1602 und der Stützring 1603 sind auf der Kolbenstange 1606 durch Widerhaken 1608 oder andere elastische Halteelemente gehalten.
Während des Betriebs lastet die Dichtkomponente 130 auf der Zylinderwand, wodurch eine Abdichtung geschaffen ist. Wie oben bereits beschrieben, kann der Dichtflanschabschnitt 132 der Dichtkomponente während des Einsatzes nach und nach sich abnutzen. Ohne den Einsatz des Stützrings 1603 und nach einem längeren Einsatz kann sich die Dichtkomponente 130 unter bestimmten Betriebsbedingungen ab nutzen, vorzugsweise an einem bestimmten Punkt, so dass der Kolben 1602 kippt. Die sich ergebenden Kräfte können den Kolben 1602 leicht verformen, so dass eine Leckage hinter den Kolben oder zwischen den Kolben und den Körper ermöglicht ist.
Der Einsatz des Stützrings 1603 kann eine solche Erosion und/oder ein Kippen des Kolbens 1602 verhindern oder hinauszögern. Der maximale Durchmesser des Rings bei 1607 wird ausgewählt, dass ein schmaler Spalt zu der Wand des Zylinders verbleibt. Ein nomineller Spalt von etwa 0,001 Zoll ist typisch. Unter manchen Betriebszuständen kann der Stützring die Wand berühren. In solchen Fällen kann das Vorsehen einer Abschrägung es dem Ring ermöglichen, sich rasch in Übereinstimmung mit der Bohrung abzunutzen, während der Bereich des Kontakts verringert wird. Typischerweise neigt bei einigen Ausführungsformen in der Folge, da sich der Stützring 1603 langsamer abnutzt als die Kolbendichtkomponente 130, der Stützring 1603 dazu, den Kolben in einer geraden Orientierung zu halten, um die Umfangskantenerosion und das Kippen des Kolbens 1602 zu reduzieren. Bei Tests wurde herausgefunden, dass der Stützring 1603 in einigen Fällen die Lebensdauer des Kolbens zum Beispiel unter bestimmten Zuständen zumindest um das dreifache, fünffache oder sager zehnfache verlängern kann, wobei zum Beispiel die Lebensdauer von zehn Minuten auf über eine Stunde in einigen Fällen verlängert werden konnte.
Eine alternative Ausführungsform zur Konfiguration des Kolbens/des Stützrings, um externe Verunreinigungen aus dem Zylinder fern zu halten, ist in der 15B gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist ein proximaler Flansch 1609 an dem Kolben 1652 angebracht, oder ist als Teil des Kolbens 1652 ausgeformt. Der Stützring 1653 ist bei 1610 derart konturiert, so dass er den proximalen Flansch 1609 aufnimmt und der maximale Überstand des Stützrings 1653 (d.h., der maximale Durchmesser 1657) liegt an der Kante 1657 des Stützrings 1653. Aus Gründen der Klarheit sind der Kolben 1652 und der Stützring 1653 getrennt voneinander dargestellt, wie es in der 15B dargestellt ist, die beiden Komponenten sind jedoch aneinander angebracht oder integral miteinander ausgebildet. Der proximale Flansch 1609 muss nicht notwendigerweise eine Dichtung vorsehen, sondern er kann derart konfiguriert und in den Abmessungen vorgesehen sein, dass er die Oberfläche des Kolbenzylinders (nicht dargestellt) im Rückwärtshub abwischt, wodurch Verunreinigungen in einen Bereich eingeengt werden, der proximal zu dem Dichtflansch 132 liegt. Bei anderen Ausführungsformen kann der proximale Flansch, anstatt an dem Kolben positioniert zu sein, an dem Zylinder positioniert sein, um zu verhindern, dass die Verunreinigungen die Dichtkomponente 130 oder den Dichtflansch 132 erreichen.
Eine weitere Ausführungsform einer axial konfigurierten Pumpenkassette, die durch Crimpen einer Röhre zusammen gebaut ist, ist in der 16 gezeigt. Bei dieser Konfiguration ist das Gehäuse des Zylinders aus einer dünnwandigen rohrförmigen Kartusche bzw. Kassette gefertigt, die nicht notwendigerweise stark genug ist, um dem Druck zu widerstehen, der durch den Kolben erzeugt wird. Um die dünnwandige röhrenförmige Kartusche zu stützen, weist der Aufnahmemechanismus der Pumpenantriebseinheit einen robusten Zylinder 1901 auf, der die Kartusche 1904 umgibt. Diese Konfiguration kann die Kosten des wegwerfbaren Teils reduzieren. Die Pumpenantriebseinheit, wie schematisch dargestellt, umfasst einen robusten Zylinder 1901; einen Halteblock 1902 für eine Ventilanordnung 1908; und ein Antriebselement 1903, welches an einem Ende 1912 der Kolbenstange 1913 angebracht ist. Eine dünnwandige röhrenförmige Kassette 1904 ist innerhalb des Zylinders 1901 positioniert, und die Kolbenanordnung 1910 bewegt sich innerhalb der Kassette 1904 hin und her. Der Kolben kann jeder sein, wie sie oben beschrieben worden sind, aber in der vorliegenden Darstellung ist eine einstückige Kolben-/Kolbenstangen-Anordnung gezeigt, die einen Hauptkörperabschnitt 1910 hat, eine Dichtkomponente 130 hat und ein Ende 1912 eines Stangenabschnitts 1913 hat, welches an einem Antriebselement 1903 anzubringen ist. Diese Kolben-/Kolbenstangen-Anordnung kann durch Einspritzgiessen, durch Maschinenbearbeitung oder auf andere Art und Weise als ein einzelnes Teil hergestellt werden. Bei anderen Ausführungsformen, wie oben beschrieben und dargestellt, kann der Kolben aus mehreren Teilen hergestellt werden, die dann aneinander angebracht werden. Ein Ventilblock 1908, der Einlaß- und Auslaßleitungen 1906 und 1907 enthält, sowie Einlaß- und Auslaß-Ventile (nicht dargestellt), die den vorher beschriebenen ähnlich sind, kann in dem Zylinder 1901 durch den Halteblock 1902 gehalten werden oder kann alternativ durch eine Crimpung 1909 und/oder eine distale Crimpung 1905 fest gehalten werden. Der Halteblock 1902 kann an dem Zylinder 1901 mit einer Klemme (nicht dargestellt) gesichert sein.
Optional könnte der Zylinder 1901 ein wegwerfbares Element anstatt ein Teil des Antriebsmechanismus sein.
In der 17A ist eine Ausführungsform einer Pumpenkassette dargestellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, nämlich mit einer Kolbenstange, die keinen Kolben umfasst, wobei eine Dichtkomponente, die eine Abdichtung zwischen der Kolbenstange und dem Zylinder schafft, durch den Zylinder getragen ist, im Zylinder enthalten ist oder Teil des Zylinders ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist ein Zylinder 1801 eine kreisringförmige Vertiefung 1802 auf, die innerhalb seiner Innenoberfläche 1813 liegt. Ein am Umfang umlaufender aufgeweiteter Dichtring 1803, der die Dichtkomponente 130 schafft, die einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt 132 umfasst, ist innerhalb der kreisringförmigen Vertiefung 1802 aufgenommen. Ein Halteelement 1804 kann benutzt werden, um den Dichtring 1803 an dem Zylinder 1801 zu sichern. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt 132 so dimensioniert und konfiguriert, dass während zumindest eines Teils des Betriebs der Pumpenkassette eine Dichtung zwischen dem aufgeweiteten Dichtflansch 132 des Zylinders 1801 und einer Oberfläche der Kolbenstange 1812 ausgebildet ist, die dazu fähig ist, einer Druckdifferenz quer über die Dichtung von zumindest 6,90 MPa (1000 psi) zu widerstehen, ohne eine bemerkenswerte Leckage an Fluid durch die Dichtung, vorzugsweise zumindest etwa 55,16 MPa (8000 psi), bevorzugt zumindest 103,42 MPa (15000 psi), in anderen Ausführungsformen zumindest 137,90 MPa (20000 psi), in anderen Ausführungsformen zumindest 206,84 MPa (30000 psi), und in noch anderen Ausführungsformen zumindest 344,74 MPa (50000 psi). Wie es oben mit Bezug zu der Ausführungsform, die in der 1 gezeigt ist, diskutiert worden ist, kann die Dichtkomponente 130 und der Zylindereingriffs-Hauptkörperabschnitt 1804 des Dichtrings 1803 integral oder nichtintegral ausgebildet sein. Der Dichtring 1803 kann ein getrenntes oder abtrennbares Element aufweisen, welches mit dem Zylinder 1801 verbunden ist, entweder fest (z.B. durch Kleben, Schweissen, Bonden, usw.) oder nicht fest und/oder verlagerbar. Bei anderen Ausführungsformen könnte der Zylinder eine integral ausgebildete einstickige Dichtkomponente umfassen. Bei einer solchen Ausführungsform würde der Zylinder oder zumindest ein Teil des Zylinders und die Dichtkomponente ein einzelnes integrales Element aufweisen.
In der 17A ist eine Ausführungsform einer Pumpenkassette dargestellt, die eine Kolbenstange aufweist, die derart konstruiert und angeordnet ist, dass sie relativ zu einem Zylinder hin- und herbewegt wird. Die Kolbenstange 1812 ist mit einer mechanischen Pumpenantriebseinheit (in den 6A und 6B dargestellt) koppelbar. Bei einer solchen Ausführungsform wird der Zylinder 1801 im wesentlichen stationär gehalten, während die Kolbenstange 1812 sich hin- und herbewegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Ventile 1805 und 1806 an dem Körper des Zylinders positioniert.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Kassette, die eine Dichtkomponente hat, die dem Zylinder zugeordnet ist, und die in der 17B gezeigt ist, können die Ventile auf der Kolbenstange positioniert sein, anstatt an dem Körper des Zylinders, wie nach der 17A. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Ventile 1805 und 1806 an der Kolbenstange 1822 positioniert und der aufgeweitete Dichtflansch 1803 ist innerhalb des Zylinders 1821 umfasst. Bei anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann ein Ventil an dem Körper der Kassette positioniert sein, während das andere Ventil an der Kolbenstange positioniert ist. Weiterhin könnte der Dichtring 1803 eliminiert und durch eine Dichtkomponente ersetzt sein, die von einem Kolben getragen ist, der mit der Kolbenstange verbunden ist, wie oben beschrieben. In der Ausführungsform nach der 17B ist der Zylinder 1821 derart konstruiert und angeordnet, dass er um einen im wesentlichen stationären Kolben 1822 sich hin- und herbewegt. Selbstverständlich sind auch Ausführungsformen möglich, die eine Kolbenstange und einen Zylinder umfassen, die sich beide bewegen.
In der 17C ist im Detail eine Ausführungsform eines Zylinders gezeigt (ähnlich dem, der in der 17A gezeigt ist), der einen Dichtring 1843 im Detail umfasst. Der Zylinder 1801 weist eine ringförmige Vertiefung 1842 auf, die an der Innenoberfläche 1813 ausgebildet ist. Die ringförmige Vertiefung 1842 umfasst Hinterschneidungen 1820, um die Dichtringerweiterungen 1819 aufzunehmen und dadurch den Dichtring 1843 festzuhalten. Wie oben beschrieben, kann der aufgeweitete Dichtring 1843 mit dem Zylinder 1813 durch andere Methoden verbunden werden. Das Hal teelement 1844 und das optionale zusätzliche Halteelement 1815 können benutzt werden, um den Dichtring 1843 an dem Zylinder 1813 zu sichern. Bei dieser besonderen Ausführungsform wirkt der Abschnitt des Dichtrings 1843, der in dem Zylinder 1801 fest gehalten ist, als ein Dichtkomponentenstützelement für die Dichtkomponente 130.
In der 17D ist eine Ausführungsform eines aufgeweiteten Dichtrings 1843 gezeigt, die die Dichtkomponente 130 im Detail zeigt. Die Abmessungen und Winkel, die Werte haben, die vorzugsweise in die Bereiche fallen, die oben beschrieben worden sind, nämlich für kolbenzugeordnete Dichtkomponenten, sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet (z.B. die Winkel A1 und A2, die Abmessungen 220, 240 und 242). Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der aufgeweitete Dichtflansch 132 so konfiguriert, dass die erste Oberfläche 236 des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts, benachbart zu und gegenüberliegend zu einer Oberfläche, mit der er in Gleitkontakt steht (z.B. eine Oberfläche der Kolbenstange), einen ersten Winkel A1 einnimmt, mit Bezug zu der Längsachse 110 des Zylinders und dass er zu einer zweiten Oberfläche 238, die von der Oberfläche weg zeigt, mit der er in Kontakt steht, einen zweiten Winkel A2 ausbildet, wiederum mit Bezug zu der Längsachse des Zylinders.
Während einige Ausführungsformen der Pumpenkassetten, Komponenten davon, Pumpsysteme, und Verfahren zum medizinischen und chirurgischen Pumpen/Infusionieren bisher hier dargestellt worden sind, kann der Fachmann eine Vielzahl von anderen Mitteln und Strukturen erkennen, um solche Pumpenkassetten, Komponenten davon, Pumpsysteme und Pumpverfahren zur Ausführung der Funktionen und/oder zum Erhalt der Ergebniss oder Vorteile, die hierin beschrieben sind, zu erreichen, sowie jede dieser Variationen oder Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt.
Ganz allgemein ausgedrückt, erkennt der Fachmann, dass alle Parameter, Abmessungen, Materialien und Konfigurationen, die hierin beschrieben sind, beispielhaft sind, und dass tatsächliche Parameter, Abmessungen, Materialien und Konfigurationen von der spezifischen Anwendung abhängen, bei denen die Systeme und Verfah ren nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Der Fachmann wird erkennen oder ist in der Lage dazu, mittels Routineexperimenten viele Äquivalente zu den spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufzufinden, wie hierin beschrieben. Es ist deshalb so zu verstehen, dass die vorher beschriebenen Ausführungsformen nur beispielhaft sind und dass die vorliegende Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der zugehörigen Patentansprüche ausgeführt werden kann, abweichend von den spezifischen Ausführungsformen, wie beschrieben.

Claims

Pumpenkassette, die einen Zylinder (104) und eine Kolbenstange (124) umfasst, wobei der Zylinder (104) und die Kolbenstange (124) so konstruiert und ausgelegt sind, dass sie in Bezug zueinander verschiebbar sind, die Pumpkassette (100) ein Dichtelement (130) umfasst, das so konstruiert und ausgelegt ist, dass in dem Zylinder (104) eine druckdichte Abdichtung entsteht, so dass eine relative Verschiebung der Kolbenstange (124) in Bezug zu dem Zylinder (104) den Flüssigkeitsdruck in dem Zylinder (104) auf einen Druck von mindestens 6,90 MPa (1000 psig) erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (130) einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt (132) aufweist, der aus einem nichtelastomeren Material besteht, so dass er bei der Verschiebung der Kolbenstange (124) in Bezug zu dem Zylinder (104) im Wesentlichen irreversibel verformt wird.
Pumpenkassette nach Anspruch 1, bei der der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt (132) an einem das Dichtelement haltenden Element angebracht ist und von diesem aus so verläuft, dass eine erste Fläche des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts (132), die einer Fläche, an der sie entlanggleitet, zugewandt ist und an diese angrenzt, einen ersten Winkel bezüglich der Längsachse des Zylinders (104) bildet und eine zweite Fläche des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts (132), die von der Fläche, an der sie entlanggleitet, abgewandt ist, einen zweiten Winkel bezüglich der Längsachse des Zylinders (104) bildet, wobei der erste Winkel größer ist als 0 Grad, der zweite Winkel nicht größer ist als 90 Grad und der zweite Winkel größer ist als der erste Winkel.
Pumpenkassette nach Anspruch 2, die des Weiteren einen mit der Kolbenstange (124) gekoppelten Kolben (122) umfasst, wobei der Kolben (122) das Dichtelement (130) umfasst, das so geformt ist, dass es den umlaufenden aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt (132) aufweist, der von einem Abschnitt eines Grundkörpers des Kolbens (122) aus, an dem er angebracht ist, so verläuft, dass die erste Fläche des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts (132) einer Innenfläche des Zylinders (104) zugewandt ist und an diese angrenzt und den ersten Winkel bezüglich der Längsachse des Zylinders bildet und die zweite Fläche des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts der Bohrung im Zylinder (104) zugewandt ist und den zweiten Winkel bezüglich der Längsachse des Zylinders (104) bildet.
Pumpenkassette nach Anspruch 3, bei der die Kolbenstange (124) so konstruiert und ausgelegt ist, dass sie sich in dem Zylinder (104) hin- und herbewegt, wobei der Zylinder (104) im Wesentlichen ortsfest ist.
Pumpenkassette nach Anspruch 2, bei der der Zylinder (104) das Dichtelement (130) umfasst, das so geformt ist, dass es den umlaufenden aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt (132) aufweist, der von einem Abschnitt einer Innenfläche des Zylinders (104) aus so verläuft, dass die erste Fläche des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts (132) der Kolbenstange (124) zugewandt ist und an diese angrenzt und den ersten Winkel bezüglich der Längsachse des Zylinders (104) bildet und die zweite Fläche des aufgeweiteten Dichtflanschabschnitts (132) einer Innenfläche des Zylinders (104) zugewandt ist und den zweiten Winkel bezüglich der Längsachse des Zylinders (104) bildet.
Pumpenkassette nach Anspruch 5, bei der der Zylinder (104) so konstruiert und ausgelegt ist, dass er sich um die Kolbenstange (124) herum hin- und herbewegt, wobei die Kolbenstange (124) im Wesentlichen ortsfest ist.
Pumpenkassette nach Anspruch 3 oder 4, bei der der Kolben (122) so mit der Kolbenstange (124) gekoppelt ist, dass der Kolbenstange (124) zugewandte Innenflächen des Kolbens (122) so geformt und ausgelegt sind, dass beim Verbinden des Kolbens (122) mit der Kolbenstange (124) im Wesentlichen alle Innenflächen des Kolbens (122) direkt die Kolbenstange (124) berühren oder ein Befestigungselement, das die Kolbenstange (124) berührt.
Pumpenkassette nach Anspruch 7, bei der der Kolben (124) so konstruiert und positioniert ist, dass er eine Kraft an den Kolben (122) anlegt, um dessen Bewegung beim Betrieb anzutreiben, und der Kolben (122) über eine die Verbindung ermöglichende relative Bewegung zwischen Kolben (122) und Kolbenstange (124) im Verlauf zumindest eines Teils der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens (122) in dem Zylinder (104) mit der Kolbenstange (124) gekoppelt ist.
Pumpenkassette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der es sich bei dem nichtelastomeren Material um Polymer-Material handelt.
Pumpenkassette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zugfestigkeit des nichtelastomeren Materials bei der Betriebstemperatur der Pumpenkassette (100) zwischen ungefähr 34,47 MPa (5000 psi) und ungefähr 344,74 MPa (50.000 psi) liegt.
Pumpenkassette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Biegemodul des nichtelastomeren Materials bei der Betriebstemperatur der Pumpenkassette (100) zwischen ungefähr 689,48 MPa (100.000 psi) und ungefähr 4826,33 MPa (700.000 psi) liegt.
Pumpenkassette nach Anspruch 1, die des Weiteren mindestens ein Ventil (159, 160) umfasst, das einen Ventilsitz (194, 198) und ein Abdichtelement (188) aufweist, wobei das Abdichtelement (188) eine Verschlussfläche (200) aufweist, die so positioniert ist, dass sie dem Ventilsitz (194, 198) zugewandt ist, wenn das Ventil (159, 160) in einer Betriebskonfiguration zusammengebaut wird.
Pumpenkassette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verschlussfläche (200) so konstruiert und positioniert ist, dass sie an dem Ventilsitz (194, 198) dicht anliegt und dadurch eine Dichtung erzeugt, wenn sich das Ventil (159, 160) in einer geschlossenen Konfiguration befindet, in der die Dichtung eine Druckdifferenz von mindestens etwa 6,90 MPa (1000 psi) ohne wesentliches Hindurchtreten von Flüssigkeit aushalten kann.
Pumpenkassette nach Anspruch 13, bei der zumindest ein Abschnitt der Verschlussfläche (200) konkav und gekrümmt ist.
Pumpenkassette nach Anspruch 3, bei der der Kolben (122) zumindest einen Teil eines Ventils enthält oder bildet.
Pumpenkassette nach Anspruch 15, bei der das zumindest teilweise in dem Kolben (122) enthaltene oder von diesem gebildete Ventil (159) so konstruiert und positioniert ist, dass es als Einlassventil für die Flüssigkeit fungiert, die von der Pumpenkassette (100) im Betrieb in den Zylinder (104) gepumpt wird.
Pumpenkassette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein proximales Ende des Zylinders (104) eine abgeschrägte Innenfläche (204) aufweist.
Pumpenkassette nach Anspruch 3, bei der es sich bei dem nichtelastomeren Material um Polymer-Material handelt und das Dichtelement (130) mit dem Grundkörper (140) des Kolbens (122) integral ausgebildet ist und sowohl der Grundkörper (140) des Kolbens (122) als auch das Dichtelement (130) aus dem gleichen Polymer-Material gebildet sind.
Pumpenkassette nach Anspruch 18, bei der das Dichtelement (130) und der Grundkörper (140) des Kolbens (122) in einem Stück spritzgegossen werden.
Pumpenkassette nach Anspruch 1, bei der der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt (132) axial von dem Abschnitt des das Dichtelement haltenden Elements aus verläuft, an dem er angebracht ist.
Pumpenkassette nach Anspruch 20, bei der der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt (132) distal von dem Abschnitt des das Dichtelement haltenden Elements aus verläuft, an dem er angebracht ist.
Pumpenkassette nach Anspruch 3, bei der es sich bei dem Abschnitt des Grundkörpers (140) des Kolbens (122), an dem der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122) angebracht ist, um den am weitesten distal gelegenen Abschnitt des Grundkörpers (140) des Kolbens (122) handelt.
Pumpenkassette nach Anspruch 3, bei der der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122) radial von dem Abschnitt des Grundkörpers (140) des Kolbens (122) aus verläuft, an dem er angebracht ist.
Pumpenkassette nach Anspruch 3, bei der der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122) eine vorgegebene Länge aufweist und sowohl axial als auch radial von dem Abschnitt des Grundkörpers (140) des Kolbens (122) aus verläuft, an dem er angebracht ist, und daran einen auskragenden Umfangsrand bildet.
Pumpenkassette nach Anspruch 24, bei der der Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122) von dem Abschnitt des Grundkörpers (140) des Kolbens (122) aus, an dem er angebracht ist, axial bis in einen Abstand von ungefähr 0,254 mm (0,01 Zoll) bis ungefähr 5,08 mm (0,2 Zoll) verläuft.
Pumpenkassette nach Anspruch 25, bei der der Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122) von dem Abschnitt des Grundkörpers (140) des Kolbens (122) aus, an dem er angebracht ist, axial bis in einen Abstand von ungefähr 5,08 mm (0,2 Zoll) bis ungefähr 2,54 mm (0,1 Zoll) verläuft.
Pumpenkassette nach Anspruch 26, bei der der Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122) von dem Abschnitt des Grundkörpers (140) des Kolbens (122) aus, an dem er angebracht ist, axial bis in einen Abstand von ungefähr 1,524 mm (0,06 Zoll) bis ungefähr 2,032 mm (0,08 Zoll) verläuft.
Pumpenkassette nach einem der Ansprüche 24 bis 27, bei der die maximale axiale Dicke des Kolbens (122) ungefähr 1,016 mm (0,04 Zoll) bis 8,128 mm (0,32 Zoll) beträgt.
Pumpenkassette nach Anspruch 28, bei der die maximale axiale Dicke des Kolbens (122) ungefähr 2,032 mm (0,08 Zoll) bis 6,35 mm (0,25 Zoll) beträgt.
Pumpenkassette nach Anspruch 29, bei der die maximale axiale Dicke des Kolbens (122) ungefähr 2,54 mm (0,1 Zoll) bis 4,069 mm (0,16 Zoll) beträgt.
Pumpenkassette nach Anspruch 4, bei der der Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122) einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der so groß ist, dass zumindest ein Abschnitt des Dichtflansches (120) eine Innenfläche des Zylinders (104) bei der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens (122) im Wesentlichen kontinuierlich berührt.
Pumpenkassette nach Anspruch 31, bei der der Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122), wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder (104) beim Zusammenbau der Pumpenkassette (100) in einer entspannten Konfiguration befindet, einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als ein maximaler Außendurchmesser des Grundkörpers (140) des Kolbens (122).
Pumpenkassette nach Anspruch 32, bei der der Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122), wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder (104) beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet, einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der um mindestens ungefähr 1% größer ist als ein maximaler Außendurchmesser des Grundkörpers (140) des Kolbens (122).
Pumpenkassette nach Anspruch 33, bei der der Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122), wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder (104) beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet, einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der um mindestens ungefähr 3% größer ist als ein maximaler Außendurchmesser des Grundkörpers (140) des Kolbens (122).
Pumpenkassette nach Anspruch 34, bei der der Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122), wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder (104) beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet, einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der um mindestens ungefähr 5% größer ist als ein maximaler Außendurchmesser des Grundkörpers des Kolbens (122).
Pumpenkassette nach Anspruch 35, bei der der Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122), wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder (104) beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet, einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der um mindestens ungefähr 10% größer ist als ein maximaler Außendurchmesser des Grundkörpers des Kolbens (122).
Pumpenkassette nach Anspruch 32, bei der der Dichtflanschabschnitt des Kolbens (122), wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder (104) beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet, einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der ungefähr 6% größer ist als ein maximaler Außendurchmesser des Grundkörpers des Kolbens (122).
Pumpenkassette nach Anspruch 31, bei der ein Abschnitt des Zylinders (104), in dem sich der Kolben (122) hin- und herbewegt, einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der maximale Außendurchmesser des Grundkörpers des Kolbens (122).
Pumpenkassette nach Anspruch 38, bei der der Abschnitt des Zylinders (104), in dem sich der Kolben (122) hin- und herbewegt, einen Innendurchmesser aufweist, der um mindestens ungefähr 0,5% kleiner ist als ein maximaler Außendurchmesser des Dichtflanschabschnittes (132), wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder (104) beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet.
Pumpenkassette nach Anspruch 38, bei der der Abschnitt des Zylinders (104), in dem sich der Kolben (122) hin- und herbewegt, einen Innendurchmesser aufweist, der um mindestens ungefähr 1% kleiner ist als ein maximaler Außendurchmesser des Dichtflanschabschnittes des Kolbens (122), wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet.
Pumpenkassette nach Anspruch 40, bei der ein Abschnitt des Zylinders (104), in dem sich der Kolben (122) hin- und herbewegt, einen Innendurchmesser aufweist, der um mindestens ungefähr 1,5% kleiner ist als ein maximaler Außendurchmesser des Dichtflanschabschnittes des Kolbens (122), wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder (104) beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet.
Pumpenkassette nach Anspruch 41, bei der ein Abschnitt des Zylinders (104), in dem sich der Kolben (122) hin- und herbewegt, einen Innendurchmesser aufweist, der um mindestens ungefähr 2% kleiner ist als ein maximaler Außendurchmesser des Dichtflanschabschnittes des Kolbens (122), wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet.
Pumpenkassette nach Anspruch 24, bei der der Dichtflanschabschnitt (132) des Kolbens (122) in Bezug zu dem Grundkörper des Kolbens (122) drehelastisch ist.
Pumpenkassette nach Anspruch 24, bei der der Kolben (122) ringförmig ist und eine in seiner Mitte angeordnete Bohrung aufweist, die einen Strömungsweg für die Flüssigkeit definiert.
Pumpenkassette nach Anspruch 24, bei der eine Mindestdicke des Querschnitts des Dichtflanschabschnitts (132) des Kolbens (122) ungefähr 1% bis ungefähr 15% eines maximalen Außendurchmessers des Dichtflanschabschnitts (132) des Kolbens (122) beträgt, wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder (104) beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet.
Pumpenkassette nach Anspruch 45, bei der eine Mindestdicke des Querschnitts des Dichtflanschabschnitts (132) des Kolbens (122) ungefähr 2% bis ungefähr 7% eines maximalen Außendurchmessers des Dichtflanschabschnitts des Kolbens (122) beträgt, wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet.
Pumpenkassette nach Anspruch 46, bei der eine Mindestdicke des Querschnitts des Dichtflanschabschnitts (132) des Kolbens (122) ungefähr 2,5% bis ungefähr 3% eines maximalen Außendurchmessers des Dichtflanschabschnitts des Kolbens (122) beträgt, wenn er sich vor dem Einführen in den Zylinder beim Zusammenbau der Pumpenkassette in einer entspannten Konfiguration befindet.
Pumpenkassette nach Anspruch 24, bei der der erste Winkel etwa 1 Grad bis etwa 20 Grad und der zweite Winkel etwa 10 Grad bis etwa 80 Grad beträgt.
Pumpenkassette nach Anspruch 48, bei der der erste Winkel etwa 3 Grad bis etwa 12 Grad und der zweite Winkel etwa 15 Grad bis etwa 30 Grad beträgt.
Pumpenkassette nach Anspruch 49, bei der der erste Winkel etwa 6 Grad bis etwa 8 Grad und der zweite Winkel etwa 20 Grad bis etwa 25 Grad beträgt.
Verfahren für das Einspeisen einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit in ein chirurgisches oder medizinisches Instrument, das Folgendes umfasst: das Abgeben einer Flüssigkeit in eine Pumpenkassette (100), die einen Zylinder (104) und eine Kolbenstange (124) umfasst, die so konstruiert und ausgelegt sind, dass sie in Bezug zueinander verschiebbar sind, wobei die Pumpenkassette (100) ein Dichtelement (130) umfasst, das so konstruiert und ausgelegt ist, dass in dem Zylinder (104) eine druckdichte Abdichtung entsteht, ein relatives Verschieben der Kolbenstange (124) in Bezug zu dem Zylinder (104), um den Flüssigkeitsdruck in dem Zylinder (104) auf einen Druck von mindestens etwa 6,90 MPa (1000 psig) zu erhöhen, und das Fließen der unter Druck stehenden Flüssigkeit aus der Pumpenkassette in das chirurgische oder medizinische Instrument, wobei das Dichtelement (130) so geformt ist, dass es einen aufgeweiteten Dichtflanschabschnitt (132) aufweist, der aus einem nichtelastomeren Material besteht, wobei zu dem Verfahren das Verschieben der Kolbenstange (124) in Bezug zu dem Zylinder (104) gehört, so dass der aufgeweitete Dichtflanschabschnitt (132) im Wesentlichen irreversibel verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 51, bei dem beim Verschieben der Kolbenstange (124) in Bezug zu dem Zylinder der Zylinder (104) im Wesentlichen ortsfest gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 51, bei dem beim Verschieben der Kolbenstange (124) in Bezug zu dem Zylinder (104) die Kolbenstange (124) im Wesentlichen ortsfest gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 51, zu dem das Verbinden der Kolbenstange (124) mit einer mechanischen Pumpenantriebseinheit gehört.
Verfahren nach Anspruch 54, bei dem ein Kolben (122) mit der Kolbenstange (124) gekoppelt ist und zu dem das Bewegen des Kolbens (122) in Bezug zu der Kolbenstange (124) gehört, wenn die Kolbenstange (124) in Bezug zu dem Zylinder (104) verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 53 oder 54, das des Weiteren das Fließen der Flüssigkeit durch den Kolben (122) umfasst, so dass ein Bereich des Zylinders (104) hinter dem Kolben (122) mit der Flüssigkeit gefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 51–56, zu dem das Verschieben der Kolbenstange (124) in Bezug zu dem Zylinder (104) gehört, damit der Flüssigkeitsdruck in dem Zylinder (104) auf einen Druck von mindestens etwa 34,47 MPa (5000 psig) erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 51–56, zu dem das Verschieben der Kolbenstange (124) in Bezug zu dem Zylinder (104) gehört, damit der Flüssigkeitsdruck in dem Zylinder (104) auf einen Druck von mindestens etwa 55,16 MPa (8000 psig) erhöht wird.