專利名稱：流體泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫療技術領域，尤其涉及精密工程技術，其中，小結構尺寸的技術元件的精密成形及制造均處于前沿。
背景技術：
該問題在例如微型泵的結構中起了重要作用，微型泵一方面需要高性能及可靠性，但在另一方面又要使得最小結構尺寸與理想輸送性能相結合，并且還要有盡可能低的成本。而且，在許多醫療應用以及其他專門應用中，要求這種泵能夠暫時縮小尺寸，以便被送入到難以達到的空間中，并在被送入應用空間中之后能夠再次增加其尺寸。此外，在醫療領域中，還要求在例如人體空間中使用泵后，還能夠使泵再次縮小尺寸，從而不需要通過大手術便能夠從人體中取出。在醫療技術中，例如當提供導管泵送入到血流中，從而將血液輸送到例如心室中時，就會有這種需求。這種可以改變直徑的流體泵已知例如使用所謂形狀記憶材料的設計，這種設計在第一溫度獲得一定的形狀，并且當過渡到另一溫度時，自動改變該形狀。使用這種材料時，除了起始原料的高成本以外，人們還要考慮一系列的額外機械問題，具體涉及到記憶特性并且有可能不利于正常發揮作用。在現有技術中已知存在可展開且可收起的流體泵。例如，專利文獻DE10059714C1 顯示了一種帶有泵傳動的泵，可以被推送穿過血管。血流過的插管的直徑可以展開或收起， 以改變流動狀態。血液泵的又一設計可以從WO 03/103745A2中推斷出來，該血液泵的轉動元件可以沿徑向收起及展開。根據公開文獻，提供了不同的設計以實現展開功能。例如，利用導管的可以彼此代替的不同部分，可以實現泵殼收起以及在被送入病人體內后所需要的徑向展開。而且，也公開了可以通過使驅動軸相對于位于導管內的線材旋轉的方式產生線材的螺旋結構，所述線材形成轉動元件葉片的外徑界線。WO 03/103745A2進一步公開了一種轉動元件結構，具有多個葉片，這些葉片本身具有剛性，樞接絞合在中心部，并且在泵運行時自行組裝，從而產生液壓。EP 0768900B1公開了一種泵，具有絞接在泵殼內的軸上的多個轉動元件葉片，在非工作狀態下，他們被折疊到軸上，在運行時，他們可以垂直于軸直立，以便輸送液體。根據已知的現有技術能夠獲得多種機制，這些機制通過激勵元件實現輸送葉片/ 轉動元件葉片的主動組裝，在各個情形中，轉動元件葉片的表面會變形和/或展開。
發明內容
本發明的目的是提供一種流體泵，其轉動元件以盡可能簡單地方式構造，以保證其在運行過程中發揮正常的功能，并能利用盡可能小的反作用力實現簡便且可靠地展開及收起。根據本發明，通過權利要求1的特征實現了該目的。因此，本發明基于所述泵的轉動元件葉片包括至少兩個直立元件的概念，所述直立元件以可移動的方式沿轉軸的縱向彼此間隔地緊固在該轉軸上，并且承載有軟性的肋元件，例如，肋線或肋帶，在至少兩個直立元件之間彼此間隔延伸，其中，軟性的膜保持在肋元件之間。“軟性”表示“繩狀”機械屬性。當施加張力(也就是拉力)時，所述肋在伸長性方面非常剛硬(參見圖14a)。然而，當沒有施加張力(也就是拉力)時，該肋元件非常有彈性(即具有很高的彎曲彈性；也就是非常容易彎曲)。當這種軟性的肋元件直立(參見圖 14b)且不施加拉力時，會發生彎曲(僅由其自身重量引起)，這是因其是不穩定的且具有低彎曲模量。因此，如圖14b所示，如果施加小于等于ON的拉力，該肋元件會彎曲(除非該肋元件被吊著或者放在平坦表面上)。這些軟性的肋元件不同于現有技術中已知的肋元件。對于本發明很重要的是，沿轉軸縱向彼此緊固的至少兩個直立元件與軟性的肋元件相比更具有剛性。因此，所例示的結構并沒有顯示出(均質的)框架結構，在該結構中，肋元件與直立元件具有相似的機械屬性。相反，所述軟性的肋元件應當具有較低的彎曲模量以便與膜相配合，而由所述直立元件提供穩定性。在較佳實施例中，所述直立元件的幾何形狀和/或材料不同于軟性的肋元件的材料。直立元件在彎曲彈性方面要具有相當強的剛性，所述肋元件要具有相當強的柔性 (如柔性的線材/繩材/帶材)。這些軟性元件的特點由此使轉動元件應變液壓時表現出明顯的順應行為。據此，所述轉動元件的形狀會適應當時的液壓以避免壓力峰值，達到更加均勻的壓力分布。結果，使得作用在液體上的力變小，尤其當在在血液泵的應用中，會減少對血液的破壞。通過適當的設計，轉動元件葉片的多個部分也可以進行振顫，從而帶來額外的渦流，該渦流與諸如血液的體液相接觸，以盡可能減小血凝形成問題。在轉動元件的收起狀態下，盡可能使直立元件貼近轉軸，使泵即使在轉動元件進行旋轉時也幾乎不輸送液體。當直立元件直立時，即至少部分移開轉軸時，肋元件繃緊(拉緊)在這些肋元件之間的膜，從而形成所述泵的轉動元件葉片/葉輪的基本表面。根據本發明的所述設計，轉動元件葉片一方面在收起狀態下會變得相當小，從而能夠在空間節省形態下應用，另一方面在豎立狀態下，它又可以提供足夠大且足夠穩定的表面，從而在轉動元件運行時可以輸送液體。所述肋元件可以穩定住所述膜，使得該膜盡管采用非常薄的設計也不會被撕破。所述肋元件可以形成所述膜的外部界線，因此也可以防止膜由于過載或機械損傷等原因從外側被撕破。所述肋元件的部分保持在所述直立元件之間，通過他們的運動能力可以實現轉動元件葉片的折疊。各個直立元件的一端以樞接形態連接于轉軸上。從而使每個直立元件本身具有剛性，并通過軸承或膜連接件連接到轉軸或輪轂上。同時，直立元件的樞轉運動通過對連接件、膜連接件或軸承進行適當設計而受到限制，使得這些直立元件在運行時，一方面由于所輸送液體的液體反壓而豎立(直立)，而另一方面，他們的豎起運動又由于轉動元件葉片達到最大展開狀態時而受到限制，使轉動元件葉片在運行中比較穩固。
所述直立元件可以本身具有剛性，或者也可以彎曲到一定的形狀極限。所述直立元件可以沿轉軸的圓周方向相對于轉軸樞轉，或者也可以在包含所述轉軸的縱向軸的平面中相對于所述轉軸樞轉。在任何情況中，可以設計直立元件的接合，使得他們在非工作狀態下近乎平行于轉軸壓靠在該轉軸上，并且在運行狀態下，至少部分從轉軸徑向展開。較佳地，所述直立元件可以具有一種形狀，使得在收起狀態下，當轉動元件沿運行方向旋轉時，由于液體反壓，產生作用于這些直立元件上并使這些直立元件組裝的力。該直立元件的形狀例如可以為斜切狀、葉片狀或螺旋槳狀。所述直立元件較佳地沿所述轉軸的縱向軸在圓周方向上彼此偏移。通過這種方式，借助屬于單個轉動元件葉片或單個葉輪的兩個或更多直立元件，可以使得保持于所述直立元件之間的膜形成為螺旋狀。所述膜較佳地可以以固定形態連接至少兩個肋元件，這些肋元件例如可以被設計成線材。因此，這些肋元件可以較佳地以抗拉形態連接到至少兩個直立元件，例如連接到沿轉軸的縱向在最外側被看到的那些直立元件。所述肋元件也可以抗拉形態連接到位于他們之間所存在的所有直立元件，但也可以考慮使這些肋元件僅由這些中間直立元件引導，并能夠相對于這些中間直立元件略微移動。因此，根據肋元件的長度，也可確定單個直立元件在馬達運行時的偏轉程度，以使豎起的膜成形。因此，通過選擇適合的肋元件，尤其是通過選擇適合的長度，能夠保證直立元件的運動極限。所述肋元件最好彼此平行延伸，特別是以螺旋形態圍繞轉軸延伸。也可以想到將肋元件集中設置在運行時膜的負荷特別高的區域。所述肋元件可以采用與所述膜相同的材料制成，例如塑料等，并且可以被設計為繩狀的形態。但他們可以由比膜更硬、更不容易伸展的材料制成，例如另一種塑料或金屬。 最好將所述膜設計為比肋元件更有彈性、更易變形的形態。為了產生盡可能大的泵壓，最好使膜密封終止于轉軸上。通過采用這種方式，防止液體流在轉軸區域內通過膜，以避免壓力損失或者泵性能的損失。除了上述具有適當設計的轉動元件的這類流體泵，本發明還涉及一種制造這種泵的轉動元件的方法，通過將肋元件浸泡于液體中，在肋元件之間可以形成液體膜，從液體中取出后該液體膜固化。一種制造流體泵的轉動元件的方法，該流體泵特別是液泵，具有轉動元件，該轉動元件具有轉軸和至少一個轉動元件葉片，用以輸送液體，其中，該轉動元件的直徑可以在第一收起狀態和第二展開狀態之間改變。所述至少一個轉動元件葉片包括至少兩個直立元件，沿所述轉軸的縱向軸彼此間隔設置，并且在轉動元件的展開狀態下從所述軸伸出，所述至少一個轉動元件葉片還包括(較佳僅不限于至少兩個，最好為軟性的)肋元件，彼此間隔一定距離，并從一個直立元件至少延伸到另一個直立元件，在肋元件之間保持有軟性的膜，在所述轉動元件的展開狀態下該膜繃緊，其中，通過將肋元件浸泡于液體中， 從而在肋元件之間形成所述膜，當從液體取出后，所述膜固化。通過這種制造過程可以簡便地制造所述膜，并且還可以將膜在同一道工序中堅固地連接到肋元件上。在相同的延伸方向，可以在至少兩個維度上固定所述肋元件在所述膜表面上的理想分布。 當然，所述膜也可以通過將預先制造好的薄膜粘貼到肋元件上或者其他類似的接合技術進行制造。
以下通過實施例和附圖詳細說明本發明。如圖所示
圖1顯示了設置有泵的導管的一種應用的一段；
圖2例示了帶有轉動元件葉片的泵轉動元件；
圖3顯示了轉動元件葉片及直立元件；
圖4為帶有輪轂和兩個轉動元件葉片的轉軸的平面圖5為圖4所示轉動元件的橫向視圖6為使用浸泡法為轉動元件葉片制膜的制造過程示意圖7為處于展開形式的泵轉動元件的三維視圖8為處于收起形式的帶有折疊的直立元件的泵轉動元件的三維視圖9顯示了單個直立元件；
圖10為處于展開形狀的泵轉動元件的另一舉例；
圖11顯示了處于展開形式的泵轉動元件，其中僅一半的直立元件豎立；
圖12為帶有兩個異形直立元件的轉動元件的平面視圖13為帶有豎立的螺旋槳狀的直立元件但不具有膜的轉動元件的立體視圖
圖14a和圖14b為顯示軟性肋元件的機械屬性的示意圖。
具體實施例方式圖1顯示了導管1被送入到人體血管2中直達心室3，并經鎖定器4穿出血管4。 帶有微型泵5的導管被引導穿過鎖定器進入心室3中。為此，當插入時，所述泵被設置在收起狀態，此時，泵殼6以及轉動元件7的直徑尺寸變小。這種轉動元件及泵殼的設計不會出現過大的恢復力，該恢復力具有抵抗血管壁的力從而展開泵的趨勢。當泵5剛剛被送入到心室3時，轉動元件7可以借助通過導管1引入的軸9旋轉， 以便輸送液體。同時，如圖2所示，通過機械激勵或其自身旋轉的方式，以及在泵開始運行時液體反壓的作用，至少一個轉動元件葉片被展開豎立。以下詳細說明其成形及機制。圖2以三維方式顯示了帶有直立元件12、13、14、15和16以及膜10的轉軸11，膜 10鋪設在直立元件12至16之間，從而形成轉動元件葉片或葉輪。處于完全豎立或直立狀態的所述膜10形成螺旋狀結構，從而該泵轉動元件沿軸向旋轉地輸送液體。軸的轉動方向由箭頭17表示。本發明所述直立元件12至16可移動地連接于轉軸11上，并在非工作狀態下，也就是在收起狀態下，這些直立元件可以折疊到轉軸上。為此，圖3顯示了直立元件13可被折疊在包含轉軸11的縱向軸18的平面內的情況。以虛線方式顯示了直立元件13的各種可能位置。該直立元件13可以通過膜連接件或軸承以樞接的方式緊固在軸11上。
圖4在帶有輪轂21的軸11的平面圖中顯示了直立元件19、20的不同類型的設計。當轉動元件沿箭頭22的方向旋轉時，直立元件19、20借助液體反壓而進一步豎立，直到他們抵接到凸臺23、24。在此位置處，液體對轉動元件施加有最大的阻力。在各種情況中，對應于直立元件19、20，設置至少一個其他的直立元件19a、20a， 并且肋元件25 J6和27固定在這些直立元件之間。膜10a、10b固定在肋元件25 J6和27 之間(圖5)。當所述直立元件19、1如和20、2(^沿軸11的圓周方向沒有彼此錯位時，所示的轉動元件可以用于徑向泵。如果直立元件19、19a沿軸11的圓周方向彼此發生錯位，那么，各個膜10a、IOb會呈現出螺旋狀，此時的泵轉動元件也可以用于實現液體的至少部分軸向輸送。圖6顯示了轉動元件葉片的可能的制造方法，假設有三個直立元件12、13和14，在他們之間固定有采用線材或塑料繩形式的肋元件觀、四和30。將這種預先制造好的部分浸入到液體31中，該液體31例如可以由樹脂構成，或者包含樹脂。可以設定液體31的粘度以及肋元件觀、四和30之間的距離，以便借助表面張力在肋元件之間形成液體膜，該液體膜穩定一段時間，直到通過固化或冷卻方式使液體硬化并固體化。所述肋元件的數量可以根據需要是兩個或多于三個，而不僅限于三個。圖7顯示了帶有軸11的泵轉動元件的三維視圖，三個直立元件12、13和14以最大的直角從軸11伸出。肋元件觀、四和30緊固在直立元件12、13和14之間，在肋元件之間形成有膜。通過直立元件12、13和14的旋轉，該膜與肋元件相似，也成為螺旋狀結構，從而當泵轉動元件旋轉時，該螺旋狀結構導致液體的軸向輸送。圖7的轉動元件在圖8中以收起的形式示出，其中，直立元件1、13和14以及與這些直立元件相對設置的但在圖7中未顯示的相應直立元件平行于軸11被折疊。在此狀態下的肋元件也平行于轉軸11走向，并且此時的膜幾乎不對旋轉提供任何阻力。圖9詳細顯示了兩個直立元件12，12a，在安裝狀態下他們沿直徑彼此相對地位于軸11上，并且可以折疊90°。圖10顯示了八個這種直立元件，其中，每兩個沿直徑彼此相對地位于軸11上，并且僅僅在四個直立元件之間才緊固有相應的肋元件和膜。該膜以螺旋狀形態延伸，并在此區域內連接在軸上。其余的直立元件最好也設置有螺旋狀的膜，以提高泵的效率。此處，為了便于更好地概述，在圖中省略了與第一個轉動元件葉片偏移的其他轉動元件葉片的其他直立元件、肋元件及涂膜。圖11顯示了具有單個轉動元件葉片10的轉動元件，固定在四個直立元件12上。 與相應的直立元件12相對于軸11沿直徑相對的直立元件1 不帶有膜，并且在操作時也保持折疊在軸上，以便使液體中的渦流損耗盡可能小。此處，也出于更好概述的目的，僅在一側顯示了肋元件及涂膜。通過圖解的方式示出被折疊的肋元件顯示了具有被折疊元件的完整轉動元件的外形。圖12顯示了在操作時沿箭頭32所示方向旋轉的轉軸11的平面圖，其中直立元件12和13具有這樣的形態，使得在一開始，當泵開始運行時，由液體反壓引起的徑向朝外的力施加到直立元件上，該力迫使直立元件12和13向離開所述轉軸的方向展開。當直立元件12和13展開較小程度時，他們之間的膜也開始自身豎立起來以產生液體反壓，從而迅速迫使轉動元件葉片進一步豎立，直到該豎立運動達到由機械凸臺或直立元件的有限形變度所限定的極限。最后，圖13以立體視圖顯示了帶有直立的螺旋槳狀的直立元件40和41但不帶膜的轉動元件。根據本發明的設計以及所示轉動元件葉片的制造思路，僅花費較小的努力便可以制造可高效應用的帶有肋元件和膜的轉動元件葉片，可以以可靠的形態加以利用。由于轉動元件葉片除了直立元件以外均由軟性材料構成，因此可以利用低反作用力實現轉動元件的高收起能力。當泵開始操作時的流動效應被利用。當轉動元件被再次收起時，可以通過相反于操作方向的轉動而將直立元件再次折疊到轉軸11上。(圖1 和圖14b的說明如上所述)
權利要求
1.一種流體泵，特別是液體泵，具有轉動元件(7)，該轉動元件(7)具有轉軸(11)和至少一個轉動元件葉片，用于輸送流體，其中，所述轉動元件的直徑能夠在第一收起狀態和第二展開狀態之間變化，所述至少一個轉動元件葉片包括至少兩個直立元件(12、13和14)， 沿所述轉軸(11)的縱向軸(18)彼此間隔設置，并且在所述轉動元件的展開狀態下從所述轉軸伸出，所述至少一個轉動元件葉片還包括至少兩個軟性的肋元件(25、26、27、28、四和 30)，彼此間隔一定距離，并從一個直立元件(12、13和14)至少延伸到另一個直立元件，并且在所述肋元件之間保持有軟性的膜(10)，該膜在所述轉動元件的展開狀態下繃緊。
2.根據權利要求1所述的流體泵，其特征在于各個所述直立元件(12、13和14)的第一端固定在所述轉軸上，另一端能夠相對于所述轉軸移動。
3.根據權利要求2所述的流體泵，其特征在于各個所述直立元件(12、13和14)的第一端樞接于所述轉軸(11)上。
4.根據權利要求3所述的流體泵，其特征在于各個所述直立元件(12、13和14)通過軸承或膜連接件連接于所述轉軸(11)。
5.根據權利要求2、3或4所述的流體泵，其特征在于所述直立元件(12、13和14)沿所述轉軸(11)的圓周方向相對于所述轉軸(11)樞轉。
6.根據權利要求2、3或4所述的流體泵，其特征在于所述直立元件(12、13和14)在包含所述轉軸的縱向軸(18)的平面中相對于所述轉軸(11)樞轉。
7.根據權利要求1 6中任一項所述的流體泵，其特征在于所述直立元件具有一種形狀，使得在所述轉動元件沿操作方向旋轉時，由于液體反壓產生作用于直立元件上并使所述直立元件直立的力。
8.根據權利要求1 7中任一項所述的流體泵，其特征在于所述直立元件(12、13和 14)沿所述轉軸(11)的縱向軸(18)在圓周方向彼此錯開。
9.根據權利要求1 8中任一項所述的流體泵，其特征在于所述膜(10)堅固地連接于至少兩個肋元件(25，26，27，28，四，30)上，所述肋元件尤其為肋線材。
10.根據權利要求9所述的流體泵，其特征在于所述肋元件以抗拉形態連接于至少兩個直立元件上，尤其是連接于全部直立元件(12、13和14)上。
11.根據權利要求1 10中任一項所述的流體泵，其特征在于所述直立元件(12、13 和14)以受限的形態樞接轉動，直到抵達機械凸臺(23和M)。
12.根據權利要求1 11中任一項所述的流體泵，其特征在于所述肋元件(25、26、 27,28,29和30)基本上彼此平行延伸。
13.根據權利要求12所述的流體泵，其特征在于所述肋元件(25、26、27、28、四和30) 以基本上螺旋形態圍繞所述轉軸(11)延伸。
14.根據權利要求1 13中任一項所述的流體泵，其特征在于所述膜(10)密封終止于所述轉軸(11)上。
15.一種用于制造流體泵的轉動元件的方法，該流體泵特別是液體泵，具有轉動元件 (7)，該轉動元件(7)具有轉軸(11)和至少一個轉動元件葉片，用于輸送液體，其中，所述轉動元件的直徑能夠在第一收起狀態和第二展開狀態之間變化，所述至少一個轉動元件葉片包括至少兩個直立元件(12、13和14)，沿所述轉軸(11)的縱向軸(18)彼此間隔設置，并且在所述轉動元件的展開狀態下從所述軸伸出，所述至少一個轉動元件葉片還包括肋元件(25、26、27、28、四和30)，彼此間隔一定距離，并從一個直立元件(12、13和14)至少延伸到另一個直立元件，在所述肋元件之間保持有軟性的膜(10)，在所述轉動元件的展開狀態下該膜繃緊，其特征在于通過將所述肋元件(25、26、27、28、四和30)浸泡在液體中，從而在所述肋元件之間形成所述膜(10)，當從所述液體中取出后，所述膜固體化。
16. 一種用于制造權利要求1 14中任一項所述流體泵的轉動元件的方法，其特征在于首先，所述將所述肋元件較準對齊，然后將膜固定于所述肋元件上。
全文摘要
本發明涉及一種流體泵，尤其涉及一種液體泵，具有轉動元件，該轉動元件具有轉軸(11)以及至少一個轉動元件葉片，用于輸送液體，其中，該轉動元件的直徑可以在第一收起狀態與第二展開狀態之間變化。所述至少一個轉動元件葉片包括至少兩個直立元件(12、13和14)，沿轉軸(11)的縱向軸(18)彼此間隔，并且在轉動元件的展開狀態下從軸伸出；并且所述至少一個轉動元件葉片還包括至少兩個軟性的肋元件(25、26、27、28、29和30)，彼此相隔一定距離，并從一個直立元件(12、13和14)至少延伸到另一個直立元件，軟性的膜(10)保持在所述肋元件之間，并且在轉動元件的展開狀態下繃緊。通過轉動元件葉片的膜狀設計可以利用低反作用力實現轉動元件的良好的收起能力，并且使轉動元件容易豎起。該膜例如可以采用浸泡法制成。
文檔編號F04D29/24GK102395391SQ201080014588
公開日2012年3月28日 申請日期2010年3月18日 優先權日2009年3月18日
發明者丹尼爾·勒恩 申請人:Ecp發展有限公司