So bauen Sie eine bessere Peristaltikpumpe

Daphne Allen | Aug 10, 2023

Da Peristaltikpumpen ein breites Spektrum an Flüssigkeiten fördern können, können diese Pumpen in verschiedenen Branchen eingesetzt werden. Ein Beispiel ist laut Dave Beckstoffer, Business Development Manager bei Portescap, die medizinische Infusionspumpe, die zur Abgabe von Medikamenten oder Nahrungsmitteln lineare oder rotierende peristaltische Antriebe nutzen kann. „Die peristaltische Bewegung wird von einem Motor angetrieben, um die Nockenfinger eines linearen peristaltischen Antriebs zu betätigen oder die Rollen für einen rotierenden peristaltischen Antrieb zu drehen“, sagte Beckstoffer gegenüber Design News, einer Schwesterpublikation von MD+DI.

Solche Pumpen können durch die Auswahl von Materialien verbessert werden, die die Effizienz steigern oder eine längere Lebensdauer bieten könnten, wodurch der Stromverbrauch der Pumpe reduziert wird und sie vor der Wartung oder dem Austausch länger laufen kann, erklärt er weiter.

Wir haben Beckstoffer noch ein paar Fragen gestellt, um Ihnen beim Bau einer besseren Schlauchpumpe zu helfen.

Beckstoffer: Schlauchpumpen haben Vor- und Nachteile gegenüber anderen Pumpentypen, beispielsweise Membranpumpen. Peristaltische Pumpen können aufgrund der Nutzung der Verdrängung ein breites Spektrum an Flüssigkeiten und Viskositäten fördern. Da der Rohrdurchmesser variiert werden kann, ergeben sich Gestaltungsmöglichkeiten entsprechend den Anwendungsanforderungen. Ein Nachteil besteht darin, dass sich das Rohr im Laufe der Zeit abnutzt und zu Ermüdungserscheinungen führt, die sich auf die Durchflussrate auswirken oder einen Austausch erforderlich machen können.

Beckstoffer: Peristaltische Pumpen, sowohl lineare als auch rotierende Technologien, ermöglichen es dem Ingenieur, den Durchfluss für das in der Entwicklung befindliche Gerät zu optimieren. Die positive Verdrängungsbewegung eignet sich gut für die Verabreichung von Medikamenten und Nahrungsmitteln und bietet dem Gerät einen breiten Bereich an Durchflussraten. Die größte Herausforderung besteht in der Optimierung der Größe des Pumpenantriebssystems im Verhältnis zur Gesamtgröße des Geräts. Weitere Überlegungen zum Design umfassen die Auswahl des Schlauchdurchmessers zur ordnungsgemäßen Abgabe des Arzneimittels oder Nährstoffs sowie die Minimierung des Verschleißes im Laufe der Zeit, um eine ordnungsgemäße Abgabe über die gesamte Lebensdauer des Geräts sicherzustellen.

Beckstoffer: Die Motorauswahl ist ein entscheidender Aspekt für die Funktion einer Schlauchpumpe. Da der Motor die lineare oder rotierende peristaltische Bewegung antreibt, gewährleistet die richtige Auswahl der Motortechnologie und Leistungsdimensionierung einen optimalen Pumpenbetrieb. Der Motor muss sich an das Geschwindigkeits- und Drehmomentprofil der Peristaltikpumpe anpassen, die Spitzendrehmomente an den maximalen Rollenpositionen bewältigen und gleichzeitig einen reibungslosen Betrieb zwischen den Rollenpositionen gewährleisten. Wenn die Pumpe mit einer Batterie betrieben wird, ist die Motoreffizienz ein vorrangiges Kriterium, um einen langen Betrieb zwischen Batterieladungen oder -austausch sicherzustellen.

Beckstoffer: Die Geschwindigkeits- und Drehmomentsteuerung hängt von der Art der ausgewählten Motortechnologie ab – Gleichstrom, bürstenloser Gleichstrom (BLDC) oder Schrittmotor. Zur Geschwindigkeitssteuerung wird der Gleichstrom mithilfe von Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert, um die Spannung so zu variieren, dass während der Lieferung die gewünschte Geschwindigkeit erreicht wird. Die BLDC-Steuerung erfolgt über die Elektronik mithilfe von Hall-Sensoren zur Geschwindigkeitsregelung. Stepper erreichen ihre Geschwindigkeit basierend auf der Impulsfolgeeingabe vom Steuersystem. Alle drei Technologien verfügen über Optimierungsmethoden, die idealerweise durch Tests auf dem endgültigen System durchgeführt werden.

Das abgegebene Drehmoment des Motors basiert auf der Auswahl des Durchmessers und der Länge sowie der Leistungsaufnahme für den Betrieb. Der Schlüssel liegt darin, sicherzustellen, dass der Motor richtig dimensioniert ist, um die Spitzendrehmomente zu erreichen und gleichzeitig die Leistung für die primären Betriebszyklen zu optimieren.

DCT-Motoren mit hohem Drehmoment bieten aufgrund der geringeren Erwärmung eine längere Lebensdauer und Zuverlässigkeit.

Beckstoffer: Der Wirkungsgrad hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich des Motors selbst sowie der Pumpenfaktoren (Rohrdurchmesser, Rollendurchmesser usw.). Bei der Koordination dieser Faktoren müssen die Ingenieure des Pumpenkonstrukteurs und des Motorlieferanten zusammenarbeiten, um diese Faktoren auszugleichen. Aus motorischer Sicht bieten Gleichstrom- und bürstenlose Gleichstromtechnologien einen höheren Wirkungsgrad als Schrittmotoren. Durch Anpassung der Spulenwicklung an die Antriebseingänge wird die beste Effizienz im Betrieb erzielt.

Beckstoffer: Der Drehzahlbetrieb mit geschlossenem Regelkreis stellt sicher, dass die gewünschte Durchflussrate während des Betriebs aufrechterhalten wird, da die Rückmeldung die tatsächliche Fördergeschwindigkeit bestätigt. Wenn Präzision für die Abgabe von entscheidender Bedeutung ist, stellt der geschlossene Kreislauf sicher, dass die richtige Flüssigkeitsmenge für einen festgelegten Zeitraum erreicht wird.

Beckstoffer: Aufgrund des verfügbaren Platzes werden in Pumpen für Infusionssysteme normalerweise keine redundanten Motoren verwendet. Die in den Pumpen verwendeten Rückkopplungsgeräte gewährleisten die Sicherheit für den Benutzer des Geräts.

Beckstoffer: Die Zusammenarbeit zwischen den Motor- und Pumpenkonstrukteuren ist für die Optimierung des Pumpenbetriebs von entscheidender Bedeutung. Die Materialauswahl der Pumpenkomponenten kann in der Konzeptphase überprüft werden, um Kompromisse hinsichtlich Leistung und Lebensdauer zu besprechen.

Ein typischer Zeitplan für die Zusammenarbeit eines Ingenieurs bei einer Infusionspumpe.

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