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DE20007580U1 - Device for the gentle delivery of single or multi-phase fluids - Google Patents

Device for the gentle delivery of single or multi-phase fluids

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Publication number
DE20007580U1
DE20007580U1 DE20007580U DE20007580U DE20007580U1 DE 20007580 U1 DE20007580 U1 DE 20007580U1 DE 20007580 U DE20007580 U DE 20007580U DE 20007580 U DE20007580 U DE 20007580U DE 20007580 U1 DE20007580 U1 DE 20007580U1
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DE
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conveying part
rotor
axial
fastening elements
hub
Prior art date
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DE20007580U
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German (de)
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Forschungszentrum Juelich GmbH
Berlin Heart GmbH
Original Assignee
MEDIPORT KARDIOTECHNIK GmbH
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Publication date
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Description

&iacgr;&ogr; Vorrichtung zur schonenden Förderung von ein- oder&iacgr;&ogr; Device for the gentle conveyance of single or

mehrphasigen Fluidenmultiphase fluids

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schonenden Förderung von ein- oder mehrphasigen Fluiden gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for the gentle conveyance of single-phase or multi-phase fluids according to the preamble of claim 1.

Insbesondere geringer stabile mehrphasige Fluide, die durch einen Energieeintrag irreversible Veränderungen erfahren können, wie z. B. Emulsionen und Dispersionen, können beim Fördern in entsprechenden Vorrichtungen wie Pumpen nachteiligerweise in instabile Bereiche geraten.In particular, less stable multiphase fluids, which can undergo irreversible changes due to the input of energy, such as emulsions and dispersions, can disadvantageously enter unstable regions when pumped in corresponding devices such as pumps.

Ein besonders empfindliches Fluidsystem stellt das Blut dar. Diese undurchsichtige rote Körperflüssigkeit der Wirbeltiere zirkuliert in einem in sich geschlossenen Gefäßsystem, wobei rhythmische Kontraktionen des Herzens das Blut in die verschiedenen Gebiete des Organismus hineindrücken. Hierbei transportiert das Blut die Atemgase Sauerstoff und Kohlendioxid sowie Nährstoffe, StoffWechselprodukte und körpereigene Wirkstoffe. Das Blutgefäßsystem einschließlich des Herzens ist hierbei hermetisch von der Umwelt abgeschirmt, so daß im gesunden Organismus das BlutBlood is a particularly sensitive fluid system. This opaque red body fluid of vertebrates circulates in a closed vascular system, with rhythmic contractions of the heart pushing the blood into the various areas of the organism. The blood transports the respiratory gases oxygen and carbon dioxide as well as nutrients, metabolic products and the body's own active substances. The vascular system, including the heart, is hermetically sealed from the environment, so that in a healthy organism the blood

keine Veränderungen erfährt, wenn es über das Herz durch den Körper gepumpt wird.does not undergo any changes when it is pumped through the body via the heart.

Bekannt ist, daß das Blut bei Kontaktierung mit nichtkörpereigenen Materialien oder durch Fremdenergieeinwirkung zur Hämolyse und Thrombenbildung neigt. Thrombenbildung kann für den Organismus tödlich sein, weil sie zu Verstopfungen im weitverzweigten Gefäßsystem führen kann. Hämolyse beschreibt den Zustand, daß über das physiologische Maß hinaus die roten Blutkörperchen innerhalb des Körpers lysiertIt is known that blood tends to hemolysis and thrombus formation when it comes into contact with non-body materials or when exposed to external energy. The formation of thrombus can be fatal for the organism because it can lead to blockages in the extensive vascular system. Hemolysis describes the condition in which the red blood cells within the body are lysed beyond the physiological level.

- zerstört - werden. Die Ursachen für Hämolyse können mechanisch oder metabolischer Art sein. Gesteigerte Hämolyse hat multiple Organschäden zur Folge und kann bis zum Tode des Menschen führen.- destroyed - The causes of hemolysis can be mechanical or metabolic. Increased hemolysis results in multiple organ damage and can even lead to death.

Andererseits hat sich gezeigt, daß es prinzipiell möglich ist, unter bestimmten konstruktiven Voraussetzungen, die Pumpleistung des Herzens zu unterstützen bzw. sogar das natürliche Herz durch ein Kunstherz zu ersetzen. Allerdings ist ein Dauerbetrieb von implantierten Herzunterstützungspumpen oder Kunstherzen zur Zeit nur begrenzt möglich, weil die Wechselwirkungen dieser Kunstprodukte mit dem Blut immer noch zu nachteiligen Veränderungen des Blutes führen.On the other hand, it has been shown that it is possible in principle, under certain structural conditions, to support the pumping performance of the heart or even to replace the natural heart with an artificial heart. However, the continuous operation of implanted heart support pumps or artificial hearts is currently only possible to a limited extent because the interactions of these artificial products with the blood still lead to adverse changes in the blood.

Im bekannten Stand der Technik sind verschiedene Entwicklungsrichtungen von Blutpumpen erkennbar. Herzunterstützungspumpen und Kunstherzen können ausgehend von der geforderten Druckdifferenz und dem Volumenstrom sowohl nach dem Verdrängerprinzip als sogenannte pulsatile Pumpen oder nach dem Turboprinzip als radiale oder axiale Strömungsmaschinen ausgeführt werden. Diese drei genannten Bauarten werden zur ZeitIn the current state of the art, various directions of development of blood pumps can be identified. Depending on the required pressure difference and the volume flow, cardiac support pumps and artificial hearts can be designed either according to the displacement principle as so-called pulsatile pumps or according to the turbo principle as radial or axial flow machines. These three types of construction are currently

parallel entwickelt. Dabei zeigen die Strömungsmaschinen wegen der hohen Leistungsdichte dieser Maschinenart kleinere Abmessungen als Kolbenmaschinen. Innerhalb der Pumpen, die nach dem Turboprinzip funktionieren, ist die axiale Pumpenvariante in der Regel kleiner als die radiale. Hierbei läßt sich grundsätzlich eine Turbomaschine zu gegebener Druckdifferenz und gegebenem Volumenstrom sehr unterschiedlich sowohl als axiale als auch radiale Pumpe mit sehr unterschiedlichen Drehzahlen ausführen.developed in parallel. Due to the high power density of this type of machine, the turbo machines are smaller in size than piston machines. Within the pumps that work according to the turbo principle, the axial pump variant is generally smaller than the radial one. In principle, a turbo machine can be designed very differently for a given pressure difference and a given volume flow, both as an axial and radial pump with very different speeds.

Die aus dem Stand der Technik bekannten axialen Blutpumpen bestehen im wesentlichen aus einem äußeren zylindrischen Rohr, in dem ein Förderteil, das als Rotor eines außen anliegenden Motorstators ausgebildet ist, rotiert und damit das Blut in axialer Richtung bewegt. Die Lagerung des Förderteils stellte ein Problem dar. Eine rein mechanische Lagerung ist hinsichtlich der Blutschädigung und auch der relativ hohen Reibungswerte nachteilig. Auch die bisher beschriebenen Magnetlagerungsvarianten haben zu keiner befriedigenden Lösung geführt.The axial blood pumps known from the prior art essentially consist of an outer cylindrical tube in which a conveying part, which is designed as a rotor of an externally attached motor stator, rotates and thus moves the blood in an axial direction. The bearing of the conveying part posed a problem. A purely mechanical bearing is disadvantageous in terms of blood damage and also the relatively high friction values. The magnetic bearing variants described so far have not led to a satisfactory solution either.

Aus Kawahito et al.: In Phase 1 Ex Vivo Studies of the Baylor/NASA Axial Flow Ventricular Assist Device, in:From Kawahito et al.: In Phase 1 Ex Vivo Studies of the Baylor/NASA Axial Flow Ventricular Assist Device, in:

Heart Replacement Artificial Heart 5, Seiten 245-252, Springer Verlag Tokyo 1996, Herausgeber T. Akutso und H. Koyagani, ist eine gattungsgemäße axiale Blutpumpe zur Unterstützung eines erkrankten Herzens bekannt, die in den Brustraum eines Patienten implantierbar ist. Die axiale Blutpumpe weist ein rotierendes Laufrad mit einer Beschaufelung auf, das innerhalb eines blutführenden Rohres gelagert und mittels eines Elektromotors angetrieben wird.Heart Replacement Artificial Heart 5, pages 245-252, Springer Verlag Tokyo 1996, editors T. Akutso and H. Koyagani, a generic axial blood pump for supporting a diseased heart is known, which can be implanted in the chest cavity of a patient. The axial blood pump has a rotating impeller with blades, which is mounted inside a blood-carrying tube and driven by an electric motor.

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Hierzu ist das Laufrad als Rotor des Elektromotors ausgebildet und über in der Beschaufelung angebrachte Magnete mit dem gehäusefesten Stator des Elektromotors gekoppelt. Eine Axial- und Radiallagerung des Rotors erfolgt über eine Spitzenlagerung, bei der der Rotor punktweise an in der Strömung angeordneten Lagerelementen abgestützt wird. Eine derartige Anordnung ist auch aus der US A 4,957,5 04 bekannt.For this purpose, the impeller is designed as the rotor of the electric motor and is coupled to the stator of the electric motor, which is fixed to the housing, via magnets mounted in the blades. The axial and radial bearing of the rotor is carried out via a tip bearing, in which the rotor is supported at certain points on bearing elements arranged in the flow. Such an arrangement is also known from US A 4,957,5 04.

Die bekannte Blutpumpe weist den Nachteil auf, daß das geforderte Blut in nicht unerheblichem Ausmaße eine Traumatisierung und Schädigung erfährt. Insbesondere besteht die Gefahr einer Thrombenbildung. Der Grund hierfür liegt im wesentlichen in der Ausbildung von Totwassergebieten an den Lagern.
Ein weiterer Nachteil besteht zweifelsfrei in der begrenzten Standzeit der mechanischen Lager infolge Verschleißes.
The known blood pump has the disadvantage that the blood required is traumatized and damaged to a considerable extent. In particular, there is a risk of thrombus formation. The reason for this is essentially the formation of dead water areas at the bearings.
Another disadvantage is undoubtedly the limited service life of the mechanical bearings due to wear.

Im US-Patent 4 779 614 wird eine implantierbare axiale Blutpumpe beschrieben, die aus einem äußeren zylindrischen Rohr und einer in diesem Rohr rotierenden Rotornabe zur Blutförderung besteht. Der Rotor ist magnetisch gelagert und trägt gleichzeitig die Rotormagnete des Antriebes und die Laufschaufeln. Der magnetisch gelagerte Rotor bildet mit der am äußeren Rohr befestigten Statorbeschaufelung lange, enge Spalte. Durch die Anordnung von zwei Motor-Stator-Kombinationen jeweils an den Enden der Pumpe soll die radiale Lage des Rotors stabilisiert werden. Die Position in Achsrichtung wird durch ein weiteres Magnetpaar, das auch die Axialkräfte des Rotors aufnehmen soll, stabilisiert. Obwohl ein relativ breiter Ringspalt für die Fluidströmung vorgesehen ist und mit der magnetischen Lagerung des Rotors wesentliche Entwicklungsziele für implantierbareUS Patent 4,779,614 describes an implantable axial blood pump that consists of an outer cylindrical tube and a rotor hub rotating in this tube for pumping blood. The rotor is magnetically mounted and simultaneously carries the rotor magnets of the drive and the rotor blades. The magnetically mounted rotor forms long, narrow gaps with the stator blades attached to the outer tube. The radial position of the rotor is to be stabilized by arranging two motor-stator combinations at each end of the pump. The position in the axial direction is stabilized by another pair of magnets, which are also to absorb the axial forces of the rotor. Although a relatively wide annular gap is provided for the fluid flow and the magnetic bearing of the rotor achieves important development goals for implantable

Blutpumpe bezüglich kompakter Bauweise und Freiheit von Dichtungs- und Lagerproblemen verfolgt werden können, weist diese Blutpumpe gravierende Nachteile für die Funktion und den konstruktiven Aufbau der Pumpe auf. Die überlangen engen Spalte zwischen der Rotornabe und den Leitschaufeln am Stator erhöhen die Gefahr der BlutSchädigung durch große Geschwindigkeitsgradienten der Spaltströme. Die zur Rotorstabilisierung notwendige Anordnung von zwei Motoren ist konstruktiv aufwendig. Weiterhin ist der Rotor in axialer Richtung nicht formschlüssig gesichert und stellt dadurch ein Restrisiko dar.Although the advantages of a blood pump can be seen in terms of its compact design and freedom from sealing and bearing problems, this blood pump has serious disadvantages for the function and structural design of the pump. The extremely long, narrow gaps between the rotor hub and the guide vanes on the stator increase the risk of blood damage due to large velocity gradients of the gap currents. The arrangement of two motors required to stabilize the rotor is structurally complex. Furthermore, the rotor is not positively secured in the axial direction and therefore represents a residual risk.

In dem US-Patent 5 3 85 581 ist ebenfalls eine axiale Blutpumpe mit magnetischer Lagerung beschrieben. Die Lagermagneten sind im Rotor und im Statorbereich entgegengesetzt gepolt angeordnet.US Patent 5,385,581 also describes an axial blood pump with magnetic bearings. The bearing magnets are arranged with opposite polarity in the rotor and stator area.

Nachteiligerweise führt das zum Stillstand der Pumpe, wenn die Lagerung versagt. Ferner ist es nachteilig, daß kein sogenanntes Nachleitgitter vorgesehen ist, das heißt, den gesamten Druck baut das Laufrad auf, und der Restdrall verbleibt in der Strömung.The disadvantage is that the pump stops if the bearings fail. Another disadvantage is that there is no so-called guide vane, which means that the entire pressure is built up by the impeller and the residual swirl remains in the flow.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur schonenden Förderung von ein- und mehrphasigen Fluiden zur Verfügung zu stellen, die bei einfachem konstruktivem Aufbau das zu fördernde Fluid in seinen Eigenschaften nicht oder nur unwesentlich verändert, Totwassergebiete und Verwirbelungen des zu fördernden Fluids minimiert und eine pulsierende Förderung ermöglicht.The invention is based on the object of providing a device for the gentle conveying of single-phase and multi-phase fluids, which, with a simple structural design, does not or only insignificantly change the properties of the fluid to be conveyed, minimizes dead water areas and turbulences in the fluid to be conveyed and enables pulsating conveying.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.The object is achieved according to the invention with the characterizing features of claim 1.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred and advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Eine erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß das im Inneren des rohrförmigen Hohlkörpers angeordnete, in Rotation versetzbare Förderteil mittels einer Magnetlagerung gelagert ist. Hierzu sind in das Förderteil bevorzugt sowohl permanentmagnetische Lagerelemente für die Magnetlagerung als auch permanentmagnetische Elemente für die Funktionalität als Motorrotor eines Elektromotors integriert. Die Verwendung einer Magnetlagerung erlaubt es, auf üblicherweise in der Strömung des zu fördernden Fluids angeordnete Lagerelemente, die zu Totwassergebieten und Verwirbelungen des zu fördernden Fluids führen und dadurch die Strömung in negativer Weise beeinflussen, zu verzichten.A solution according to the invention is characterized in that the conveying part arranged inside the tubular hollow body and capable of being set in rotation is mounted by means of a magnetic bearing. For this purpose, both permanent magnetic bearing elements for the magnetic bearing and permanent magnetic elements for the functionality as a motor rotor of an electric motor are preferably integrated into the conveying part. The use of a magnetic bearing makes it possible to dispense with bearing elements that are usually arranged in the flow of the fluid to be conveyed, which lead to dead water areas and turbulence in the fluid to be conveyed and thus have a negative effect on the flow.

Des Weiteren ist eine Magnetlagerung verschleißfrei, so daß hohe Standzeiten gesichert werden, was insbesondere bei der Anwendung als Blutpumpe zur unterstützung oder dem Ersatz des menschlichen Herzens bedeutsam ist und darüber hinaus zu einer Kosteneinsparung führt.Furthermore, a magnetic bearing is wear-free, so that a long service life is ensured, which is particularly important when used as a blood pump to support or replace the human heart and also leads to cost savings.

Diese Ausbildung der Erfindung stellt einen einfachen konstruktiven Aufbau zur Verfügung, da hier auf mechanische Lagerelemente verzichtet wird. Die für dieThis design of the invention provides a simple construction, since mechanical bearing elements are dispensed with. The

magnetische Lagerung erforderlichenmagnetic storage required

permanentmagnet!sehen Lagerelemente sind zusätzlich zu den permanentmagnetischen Elementen des Motorrotors unmittelbar am Förderteil angeordnet. Die magnetische Lagerung nimmt vorteilhafterweise sowohl die axialen als auch die radialen Kräfte auf.In addition to the permanent magnet elements of the motor rotor, permanent magnet bearing elements are arranged directly on the conveyor part. The magnetic bearing advantageously absorbs both the axial and the radial forces.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Axialstabilisierung zur Stabilisierung der axialen Lage des Förderteiles vorgesehen. Die Axialstabilisierung stellt eine aktive Regelung der axialen Lage des Förderteiles zur Verfügung, wobei dem Förderteil stirnseitig zugeordnete Ringspulen einen axialen Magnetfluß erzeugen, der den axialen Magnetfluß der permanentmagnetischen Lagerelemente überlagert und der Regelung der axialen Lage dient. Derartige Stabilisierungsanordnungen sind für die erfindungsgemäße axiale Flüssigkeitspumpe bzw. Blutpumpe nicht bekannt.In a preferred embodiment, axial stabilization is provided to stabilize the axial position of the conveying part. The axial stabilization provides active control of the axial position of the conveying part, with ring coils assigned to the front of the conveying part generating an axial magnetic flux that is superimposed on the axial magnetic flux of the permanent magnetic bearing elements and serves to control the axial position. Such stabilization arrangements are not known for the axial liquid pump or blood pump according to the invention.

Beispielsweise sind die permanentmagnetischen Lagerelemente der Magnetlagerung in die Rotornaben und die magnetischen Elemente des Motorrotors in das Förderteil integriert. Das erfindungsgemäße Förderteil ermöglicht ein besonders günstiges Strömungsverhalten des. zu fördernden Fluids. Der notwendigerweise vorhandene Rotorspalt zwischen der Außenseite des Förderteiles und der Innenseite des rohrförmigen Hohlkörpers ist dabei derart ausgelegt, daß sowohl die Mötorverluste als auch durch den Spalt auftretende Strömungsverluste minimiert sind. Dabei ist zu beachten, daß die auftretenden Motorverluste um so größer sind, je weiter der Motorrotor vom Motorstator entfernt ist. Ein kleiner Rotorspalt ist motorseitig daher als günstig anzusehen. Andererseits führt ein kleiner Rotorspalt jedoch zu großen Reibungsverlusten der Strömung und ist daher strömungstechnisch ungünstig. Ein geeigneter Kompromiß für Blutpumpen liegt beispielsweise in der genannten Rotorspaltbreite von 0,5 bis 2,5 mm.For example, the permanent magnetic bearing elements of the magnetic bearing are integrated into the rotor hubs and the magnetic elements of the motor rotor are integrated into the conveying part. The conveying part according to the invention enables particularly favorable flow behavior of the fluid to be conveyed. The necessary rotor gap between the outside of the conveying part and the inside of the tubular hollow body is designed in such a way that both the motor losses and the flow losses caused by the gap are minimized. It should be noted that the motor losses that occur are greater the further the motor rotor is from the motor stator. A small rotor gap is therefore considered favorable on the motor side. On the other hand, however, a small rotor gap leads to large friction losses in the flow and is therefore unfavorable in terms of flow technology. A suitable compromise for blood pumps, for example, is the aforementioned rotor gap width of 0.5 to 2.5 mm.

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In einer weiteren. Ausführungsform der Erfindung wird das in Rotation versetzbare Förderteil durch eine Rotornabe, eine mit der Rotornabe drehfest verbundenen Beschaufelung und eine Integration der magnetischen Elemente des Motorrotors sowie der permanentmagnetischen Lagerelemente der Magnetlagerung in die Rotornabe und/oder die Beschaufelung gekennzeichnet. Dadurch wird die Entstehung von Strömungsverlusten bei dieser Ausführungsvariante minimiert. Die permanentmagnetischen Lagerelemente der Magnetlagerung sind bei dieser Ausgestaltung bevorzugt in der Rotornabe angeordnet. Bevorzugt sind für eine sowohl in Strömungsrichtung als auch entgegen der Strömungsrichtung steife axiale Lagerung des Förderteils an beiden Enden der Rotornabe permanentmagnetisehe Lagerelemente angeordnet, die jeweils mit permanentmagnetischen Lagerelementen einer axial beabstandeten Fluid-Leiteinrichtung zusammenwirken. Die magnetischen Elemente des Motorrotors sind hier zwischen den beiden endig angeordneten permanentmagnetischen Lagerelementen angeordnet.In a further embodiment of the invention, the conveyor part that can be set in rotation is characterized by a rotor hub, a blade that is connected to the rotor hub in a rotationally fixed manner, and an integration of the magnetic elements of the motor rotor and the permanent magnetic bearing elements of the magnetic bearing into the rotor hub and/or the blades. This minimizes the occurrence of flow losses in this embodiment. The permanent magnetic bearing elements of the magnetic bearing are preferably arranged in the rotor hub in this design. Permanent magnetic bearing elements are preferably arranged at both ends of the rotor hub for a rigid axial bearing of the conveyor part both in the direction of flow and against the direction of flow, which each interact with permanent magnetic bearing elements of an axially spaced fluid guide device. The magnetic elements of the motor rotor are arranged here between the two permanent magnetic bearing elements arranged at the ends.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß in die Naben der axialen Blutpumpe und/oder in die Wandung des rohrförmigen Hohlkörpers Sensoren zur Erfassung des momentanen Blut-Volumenstromes und der momentan von der Pumpe erzeugten Druckdifferenz integriert sind. Beide Meßgrößen stehen im Controller der Fördereinrichtung für Soll-Ist-Vergleiche zur Verfügung und eröffnen damit die Möglichkeit für eine Regelung des Fördervorganges im Sinne einer physiologisch optimalen, der natürlichen Herzaktion angepaßten pulsatilen Förderung mittels zeitabhängiger Drehzahländerung des Rotors oder einer im Sinne geringen Energieverbrauchs optimiertenA further advantageous embodiment of the invention is that sensors for detecting the current blood volume flow and the pressure difference currently generated by the pump are integrated into the hubs of the axial blood pump and/or into the wall of the tubular hollow body. Both measurement variables are available in the controller of the pumping device for target-actual comparisons and thus open up the possibility of regulating the pumping process in the sense of a physiologically optimal pulsatile pumping adapted to the natural action of the heart by means of a time-dependent change in the speed of the rotor or an optimized pumping system in the sense of low energy consumption.

pulsatilen Förderung durch die Pumpe, gleichfalls realisiert durch zeitabhängige Drehzahländerung.pulsatile delivery by the pump, also realized by time-dependent speed change.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an der Stirnseite der Rotornabe Mittel vorgesehen, die im Nabenspalt zwischen Fluid-Leiteinrichtung und Förderteil befindliches Fluid radial nach außen fördern, etwa radiale Beschaufelungen, Rillen, Ausbuchtungen oder ballige Formgebungen.In a further advantageous development of the invention, means are provided on the front side of the rotor hub which convey fluid located in the hub gap between the fluid guide device and the conveying part radially outwards, such as radial blading, grooves, bulges or spherical shapes.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in mindestens einer der Fluid-Leiteinrichtungen eine axial verlaufende Bohrung vorgesehen ist, die von zu förderndem Fluid durchströmt wird und die bewirkt, daß im Nabenspalt zwischen Fluid-Leiteinrichtung und Förderteil befindliches Fluid radial nach außen transportiert wird.A further advantageous embodiment of the invention consists in that an axially extending bore is provided in at least one of the fluid guide devices, through which the fluid to be conveyed flows and which causes fluid located in the hub gap between the fluid guide device and the conveying part to be transported radially outwards.

Beide vorgenannten Weiterbildungen beeinflussen die radiale Druckverteilung und generieren Ausgleichs-Strömungen zur Verhinderung von Totwassergebieten im Nabenspalt zwischen den Stirnseiten von Fluid-Leiteinrichtung und Förderteil.Both of the aforementioned developments influence the radial pressure distribution and generate compensating flows to prevent dead water areas in the hub gap between the front sides of the fluid guide device and the conveying part.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist das Förderteil, insbesondere die Rotornabe in axialem Abstand zwei Beschaufelungen auf. Hierdurch wird ein sogenanntes Tandemgitter gebildet.
Vorteilhafterweise wird dadurch die je Schaufelreihe zu erbringende Druckerhöhung herabgesetzt. Darüber hinaus schränkt diese besondere Ausbildung des Rotors der Fördereinrichtung störende Kippbewegungen desselben zusätzlich ein.
In a further embodiment of the invention, the conveying part, in particular the rotor hub, has two blades at an axial distance. This forms a so-called tandem cascade.
This advantageously reduces the pressure increase required for each row of blades. In addition, this special design of the rotor of the conveyor device further limits disruptive tilting movements.

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Weitere Ausbildungen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, daß die Lagerung des Rotors durch Kombination einer magnetischen Axiallagerung mit einer mechanischen Radiallagerung bewerkstelligt wird. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Naben auf ihrer dem Rotor zugewandten Stirnseite Achsstümpfe besitzen, die im Zusammenwirken mit Gleitlagerbuchsen, die stirnseitig in den Rotor eingesetzt sind und in die Achsstümpfe hineinragen, die radiale Lagerung des Rotors mit sehr hoher Steifigkeit übernehmen oder daß eine durchgehende Achse existiert, die in die Stirnseiten der Naben eingesetzt ist und auf der der Rotor mittels Gleitlagerbuchsen radial mit hoher Steifigkeit gelagert ist. In diesen Ausbildungen der Erfindung wird die axiale Lagerung des Rotors über abstoßend wirkende, permanentmagnetische Lagerelemente in der Rotornabe und in den Naben der Befestigungselemente realisiert.Further embodiments of the invention are characterized in that the bearing of the rotor is achieved by combining a magnetic axial bearing with a mechanical radial bearing. An advantageous further development is characterized in that the hubs have axle stumps on their front side facing the rotor, which, in conjunction with plain bearing bushes that are inserted into the rotor at the front and protrude into the axle stumps, take over the radial bearing of the rotor with very high rigidity, or that there is a continuous axle that is inserted into the front sides of the hubs and on which the rotor is radially mounted with high rigidity by means of plain bearing bushes. In these embodiments of the invention, the axial bearing of the rotor is realized by means of repelling, permanent magnetic bearing elements in the rotor hub and in the hubs of the fastening elements.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch charakterisiert, daß die Rotornabe beidseitig Achsstümpfe besitzt, die in Gleitlagerbuchsen umlaufen, die sich in den Stirnseiten beider Naben befinden und auf diese Weise eine radiale Lagerung mit hoher Steifigkeit sichern. In dieser Ausbildung der Erfindung wird die axiale Lagerung des Rotors über abstoßend wirkende, permanentmagnetische Lagerelemente in der Rotornabe und in den Naben der Befestigungselemente realisiert.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the rotor hub has axle stumps on both sides, which rotate in plain bearing bushes located in the front sides of both hubs and in this way ensure a radial bearing with high rigidity. In this embodiment of the invention, the axial bearing of the rotor is realized via repulsive, permanent magnetic bearing elements in the rotor hub and in the hubs of the fastening elements.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung beispielhaft näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures of the drawing.

Es zeigenShow it

1111

Fig. 1 eine axiale Blutpumpe in Schnittdarstellung,Fig. 1 an axial blood pump in sectional view,

Fig. 2 eine axiale Fördervorrichtung mit Magnetlagerung, Axialstabilisierung und Positionssensorik in Längsschnittdarstellung,
10
Fig. 2 an axial conveyor device with magnetic bearing, axial stabilization and position sensors in longitudinal section,
10

Fig. 2a eine Schnitt-A-A-Darstellung der axialen Fördervorrichtung gemäß Fig. 2,Fig. 2a is a sectional A-A view of the axial conveying device according to Fig. 2,

Fig. 2b eine axiale Fördervorrichtung mit Magnethaiterung in Längsschnitt,Fig. 2b an axial conveyor device with magnetic holder in longitudinal section,

Fig. 2c eine Schnitt-A-A-Darstellung der axialen Fördervorrichtung gemäß Fig. 2b,Fig. 2c is a sectional A-A view of the axial conveying device according to Fig. 2b,

Fig. 2d eine axiale Fördervorrichtung mit konischemFig. 2d an axial conveyor device with conical

Förderteil in Längsschnittdarstellung,Conveyor section in longitudinal section,

Fig. 3a eine Magnethalterung für eine axiale Fördervorrichtung,
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Fig. 3a a magnet holder for an axial conveyor device,
25

Fig. 3b die Magnethalterung gemäß Fig. 3a im Querschnitt, Fig. 3b the magnet holder according to Fig. 3a in cross section,

Fig. 4 ein Förderteil mit Doppelbeschaufelung,
30
Fig. 4 a conveyor section with double blading,
30

Fig. 5 eine Fluid-Leiteinrichtung mit Positionssensor und permanentmagnetischem Lagerelement,Fig. 5 a fluid guide device with position sensor and permanent magnetic bearing element,

Fig. 5a die Fluid-Leiteinrichtung gemäß Fig. 5 in der Darstellung Schnitt-B-B,Fig. 5a the fluid guide device according to Fig. 5 in the representation section B-B,

Fig. 6 eine axiale Fördervorrichtung mit axialer gleichgepolter (abstoßende) Magnetiagerung kombiniert mit einer radialen Achslagerung,Fig. 6 an axial conveyor device with axial same-polarity (repulsive) magnetic bearing combined with a radial axle bearing,

Fig. 6a eine axiale Fördervorrichtung mit radialer Achslagerung, Stabilisatoren und entgegengesetzter Lagermagnetpolung (anziehend),Fig. 6a an axial conveyor device with radial axle bearing, stabilizers and opposite bearing magnet polarity (attractive),

Fig. 7a eine schematische Vorderansicht der Stirnseite einer Rotornabe oder Nabe,Fig. 7a is a schematic front view of the front side of a rotor hub or hub,

Fig. 7b eine schematische Vorderansicht der Stirnseite einer weiteren Rotornabe oder Nabe,Fig. 7b is a schematic front view of the front side of another rotor hub or hub,

Fig. 7c eine schematische Vorderansicht der StirnseiteFig. 7c a schematic front view of the front side

einer Rotornabe oder Nabe mit exzentrischer Erhöhung,a rotor hub or hub with eccentric elevation,

Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung eines Nabenspaltes, gebildet zwischen Förderteil undFig. 8 is a schematic sectional view of a hub gap formed between the conveyor part and

Nabe eines Befestigungselementes,Hub of a fastening element,

Fig. 8a eine schematische Schnittdarstellung eines Nabenspaltes gebildet zwischen Förderteil und Nabe eines Befestigungselementes undFig. 8a is a schematic sectional view of a hub gap formed between the conveyor part and the hub of a fastening element and

Fig. 9 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Nabe mit axialer Bohrung.Fig. 9 is a schematic sectional view through a hub with axial bore.

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Blutpumpe mit Pumpengehäuse 3 und Stabilisatorgehäuse 2. Außerhalb eines rohrförmigen Hohlkörpers 1, in dem in axialer Richtung das Fluid gefördert wird, ist um den Hohlkörper 1 herum ein Motorstator 31 mit Motorwicklungen 33 angeordnet. Der Motorstator 31 treibt ein Förderteil 5 an, das einen Motorrotor 32 und eine Rotornabe 52 enthält und das im Inneren des rohrförmigen Hohlkörpers 1 gelagert ist.Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a blood pump according to the invention with pump housing 3 and stabilizer housing 2. Outside a tubular hollow body 1, in which the fluid is conveyed in the axial direction, a motor stator 31 with motor windings 33 is arranged around the hollow body 1. The motor stator 31 drives a conveying part 5, which contains a motor rotor 32 and a rotor hub 52 and which is mounted inside the tubular hollow body 1.

Die Rotornabe 52 weist eine Rotorbeschaufelung 53 auf. In Strömungsrichtung vor und hinter der Rotornabe 52 sind Fluid-Leiteinrichtungen 7 und 7' mit Fluidleitbeschaufelungen 72 und 72' an der Innenwand des rohrförmigen Hohlkörpers 1 fixiert. Zwischen den Fluid-Leiteinrichtungen 7 und 7" und der Rotornabe 52 ist ein sogenannter Nabenspalt 9 ausgebildet. Über den Motorstator 31 ist der Motorrotor 32, der mit der Rotornabe 52 kombiniert ist, in Rotation versetzbar.The rotor hub 52 has rotor blades 53. In the flow direction in front of and behind the rotor hub 52, fluid guide devices 7 and 7' with fluid guide blades 72 and 72' are fixed to the inner wall of the tubular hollow body 1. A so-called hub gap 9 is formed between the fluid guide devices 7 and 7" and the rotor hub 52. The motor rotor 32, which is combined with the rotor hub 52, can be set in rotation via the motor stator 31.

Beim Betrieb der Blutpumpe wird das ausströmende Blut durch einen Krümmer 6 dem Förderteil 5 zugeführt und wird dort mittels der Rotorbeschaufelung 53 in Rotation versetzt, wobei die Rotornabe 52 für strömungsdynamisch günstige Verhältnisse sorgt. Für eine strömungstechnisch vorteilhafte Anströmung der Rotorbeschaufelungen 53. sorgt die stromaufwärts fest mit dem Hohlkörper 1 verbundene Fluid-Leiteinrichtung 7' mit ihren Beschaufelungen 72". Der Drucksensor 60 erlaubt die Druckmessung im zuströmenden Fluid. Das Förderteil 5 erhält seinen Antrieb in an sich bekannter Weise durch magnetische Kopplung des Motorrotors 32 mit dem Motorstator 31. Eine Bildung von Thromben bei Blut als zu förderndem Medium ist stark minimiert, da aufgrund der Magnetlagerung keine Lagerelemente in der Strömung angeordnet sind, die eine Bildung von Totwassergebieten herbeiführen könnten. Eine Verwirbelung und damit verbundene Strömungsverluste erfolgt lediglich in geringem Maße. Ein Rotorspalt 8 zwischen Rotornabe 52 und Innenwand des Hohlkörpers 1 weist dabei eine Breite auf, die die Strömungsverluste klein hält und gleichzeitig auch die Motorverluste begrenzt, die mit zunehmendem Abstand des Motorrotors 32 vom Motorstator 31 zunehmen. Als besonders günstig hat sich beispielsweise eine Breite des Rotorspaltes 8 zwischenWhen the blood pump is operating, the outflowing blood is fed through a bend 6 to the conveying part 5 and is set in rotation there by means of the rotor blades 53, whereby the rotor hub 52 ensures favorable flow dynamic conditions. The fluid guide device 7' with its blades 72" which is firmly connected to the hollow body 1 upstream ensures a flow-technically advantageous flow to the rotor blades 53. The pressure sensor 60 allows pressure measurement in the incoming fluid. The conveying part 5 is driven in a manner known per se by magnetic coupling of the motor rotor 32 with the motor stator 31. The formation of thrombi when blood is the medium to be conveyed is greatly minimized because, due to the magnetic bearing, no bearing elements are arranged in the flow which could cause dead water areas to form. Turbulence and the associated flow losses only occur to a small extent. A rotor gap 8 between the rotor hub 52 and the inner wall of the hollow body 1 has a width which keeps the flow losses small and at the same time also limits the motor losses which increase with increasing distance of the motor rotor 32 from the motor stator 31. A width of the Rotor gap 8 between

0,5 und 2,5 mm herausgestellt. Nach Beschleunigung des Fluids durch die Rotorbeschaufelung 53 der Rotornabe 52 und einem damit einhergehenden Druckaufbau wird das Fluid in die Fluid-Leiteinrichtung 7 geleitet, wo es eine Umlenkung in axiale Richtung erfährt und ein weiterer Druckaufbau erfolgt. Durch die Formgebung der Fluid-Leitbeschaufelung 72 der Fluid-Leiteinrichtung 7 wird sichergestellt, daß die Umlenkung des Fluids in axialer Richtung schonend und ebenfalls im wesentlichen ohne Verwirbelung erfolgt.0.5 and 2.5 mm. After the fluid has been accelerated by the rotor blades 53 of the rotor hub 52 and the pressure builds up as a result, the fluid is guided into the fluid guide device 7, where it is deflected in the axial direction and a further pressure builds up. The shape of the fluid guide blades 72 of the fluid guide device 7 ensures that the deflection of the fluid in the axial direction takes place gently and also essentially without turbulence.

Das Blut verläßt die Blutpumpe über einen Krümmer 6" und strömt in eine Aortenkanüle 62, die am Krümmer 6" mittels eines losbaren Verbindungselementes 63 befestigt ist. Ein speziell geschirmtes Kabel 11a, das die Versorgungs- und die Signalleitungen für den Motorstator 31, den Axialstabilisator 12 und die Sensor ik 60, 61 und 43 enthält, ist über den Kabelstutzen 11 mit der Blutpumpe verbunden.
Die Funktion der magnetischen Lagerung ist anhand von Fig. 2 und 2a beschrieben.
The blood leaves the blood pump via a bend 6" and flows into an aortic cannula 62, which is attached to the bend 6" by means of a detachable connecting element 63. A specially shielded cable 11a, which contains the supply and signal lines for the motor stator 31, the axial stabilizer 12 and the sensors 60, 61 and 43, is connected to the blood pump via the cable connector 11.
The function of the magnetic bearing is described in Fig. 2 and 2a.

Fig. 2 und Fig. 2a zeigen weiterhin jeweils im Längsschnitt und im Querschnitt eine weitere beispielhafte Ausführung einer Blutpumpe mit einer magnetisch gelagerten Rotornabe 52. In der Rotornabe 52 ist der Motorrotor 32 mit jeweils an den Enden angeordneten permanentmagnetischen Lagerelementen 42 kombiniert, die in einer Fassung 4 gehaltert sind. In den Fluid-Leiteinrichtungen 7 und &Iacgr;" sind direkt permanentmagnetischen Lagerelementen 42 gegenüberstehend permanentmagnetische Lagerelemente 41 angeordnet. Die permanentmagnetischen Lagerelemente 41 und 42 sind hier entgegengesetzt gepolt. Die axial gerichtete, sich zwischen den permanentmagnetischen Lagerelementen 41 und 42 ausbildende AnziehungskraftFig. 2 and Fig. 2a also show, in longitudinal section and in cross section, another exemplary embodiment of a blood pump with a magnetically mounted rotor hub 52. In the rotor hub 52, the motor rotor 32 is combined with permanent magnetic bearing elements 42 arranged at each end, which are held in a holder 4. In the fluid guide devices 7 and 8, permanent magnetic bearing elements 41 are arranged directly opposite permanent magnetic bearing elements 42. The permanent magnetic bearing elements 41 and 42 are oppositely polarized here. The axially directed attraction force that develops between the permanent magnetic bearing elements 41 and 42

sorgt dafür, daß das Förderteil 5 koaxial im rohrförmigen Hohlkörper 1 gehalten wird und radiale Auslenkungen korrigiert werden. Positionssensoren 43, die ebenfalls in den Fluid-Leiteinrichtungen 7 und &Iacgr;' angeordnet sind, ermitteln die Breite des Nabenspaltes 9 und regeln diese über den Axialstabilisator 12. Der Axialstabilisator 12 ist in einem Stabilisatorgehäuse 2 angeordnet. Die Axialstabilisatoren 12, ausgebildet als Spulen, erzeugen bei eingeschaltetem Strom ein Magnetfeld, das über das Stabilisatorgehäuse 2 und die Flußleitstücke 10 so geleitet wird, daß das Förderteil 5 eine stabile axiale Lage zwischen den Fluid-Leiteinrichtungen 7 und 7' einnimmt. An den Enden der Fluid-Leiteinrichtungen 7 und 7' sowie an der Außenwand des rohrförmigen Hohlkörpers 1 sind Drucksensoren 60 sowie ein Flußsensor 61 zur Charakterisierung der Strömung angebracht. Das aus dem Motorrotor 32 und den permanentmagnetischen Lagerelementen 42 sowie der Rotorbeschaufelung 53 bestehende Förderteil 5 wird über den Motorstator 31 in Rotation versetzt. Radiale Abweichungen bei der Rotation werden durch die entgegengesetzt gepolten permanentmagnetischen Lagerelemente abgefangen, während die axiale Stabilisierung über die Positionssensoren 43 und die Axial-Stabilisatoren 12 erfolgt. Die Konzentrierung der Hauptmasse der permanentmagnetischen Lagerelemente 42 im Bereich der Achse des Förderteiles 5 ermöglicht, die Pumpe in einer pulsatilen Betriebsweise zu betreiben, beispielsweise durch schnelle Drehzahländerung des Rotors.ensures that the conveying part 5 is held coaxially in the tubular hollow body 1 and radial deflections are corrected. Position sensors 43, which are also arranged in the fluid guide devices 7 and ' , determine the width of the hub gap 9 and regulate this via the axial stabilizer 12. The axial stabilizer 12 is arranged in a stabilizer housing 2. The axial stabilizers 12, designed as coils, generate a magnetic field when the current is switched on, which is guided via the stabilizer housing 2 and the flux guide pieces 10 so that the conveying part 5 assumes a stable axial position between the fluid guide devices 7 and 7'. Pressure sensors 60 and a flow sensor 61 for characterizing the flow are attached to the ends of the fluid guide devices 7 and 7' and to the outer wall of the tubular hollow body 1. The conveying part 5, which consists of the motor rotor 32 and the permanent magnetic bearing elements 42 as well as the rotor blades 53, is set in rotation via the motor stator 31. Radial deviations in the rotation are absorbed by the oppositely polarized permanent magnetic bearing elements, while axial stabilization is achieved via the position sensors 43 and the axial stabilizers 12. The concentration of the main mass of the permanent magnetic bearing elements 42 in the area of the axis of the conveying part 5 enables the pump to be operated in a pulsatile mode, for example by quickly changing the speed of the rotor.

Alternativ sind die permanentmagnetischen Lagerelemente 41 und 42 statt als Vollzylinder als permanentmagnetische Ringe ebenfalls mit axialer Magnetisierung ausgebildet. Beliebige, dem Fachmann bekannteAlternatively, the permanent magnetic bearing elements 41 and 42 are designed as permanent magnetic rings with axial magnetization instead of as solid cylinders. Any

Ausgestaltungen können für die genaue Ausbildung der permanentmagnetisehen Lagerelemente 41 und 42 verwendet werden.Designs can be used for the precise formation of the permanent magnetic bearing elements 41 and 42.

Für eine Stabilisierung der axialen Lage des Förderteiles 5 bzw. der Rotornabe 52 ist in beispielhafter Ausführung ein Axialstabilisator 12 vorgesehen, der mit Positionssensoren 43 zusammenwirkt und der über die Fluid-Leiteinrichtungen 7 und 7&lgr; auf das Förderteil 5 jeweils stirnseitig einwirkt und eine hier nicht dargestellte elektronische Steuerschaltung benutzt. Der Axialstabilisator 12 bewirkt eine aktive Regelung der axialen Lage des Förderteiles 5, wobei die Stabilisierungsspulen entsprechend der vorgenommenen Regelung mit Strömen beaufschlagt werden und dabei einen axialen Magnetfluß erzeugen, der den axialen Magnetfluß der permanentmagnetischen Elemente überlagert und der Regelung der axialen Lage dient. Die Positionssensoren 43 stellen Abweichungen von der axialen Sollposition des Förderteiles 5 fest und leiten diese Information an die Steuerschaltung weiter.To stabilize the axial position of the conveying part 5 or the rotor hub 52, an axial stabilizer 12 is provided in an exemplary embodiment, which interacts with position sensors 43 and acts on the front side of the conveying part 5 via the fluid guide devices 7 and and uses an electronic control circuit not shown here. The axial stabilizer 12 actively regulates the axial position of the conveying part 5, with the stabilization coils being supplied with currents in accordance with the regulation carried out and thereby generating an axial magnetic flux that overlays the axial magnetic flux of the permanent magnetic elements and serves to regulate the axial position. The position sensors 43 detect deviations from the axial target position of the conveying part 5 and forward this information to the control circuit.

Fig. 2b und Fig. 2c zeigen im Längs- und im Querschnitt eine weitere beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Halterungen 75, die in Strömungsrichtung gesehen vor und hinter dem Förderteil 5 angeordnet sind, bestehen aus einer Nabe 73, die mit Stützen 74 an der Innenwand des rohrförmigen Hohlkörpers 1 befestigt sind. Die Stützen 74 sind hier beispielhaft im Abstand von 90° um die Nabe 73 angeordnet. Grundsätzlich würde auch eine Stütze 74 ausreichen. Die Halterung 75 dient im wesentlichen der Aufnahme der permanentmagnetischen Lagerelemente 41. Die sich gegenüberstehenden permanentmagnetischen Lagerelemente 41 und 42 sind auchFig. 2b and Fig. 2c show a further exemplary embodiment of a device according to the invention in longitudinal and cross-section. The holders 75, which are arranged in front of and behind the conveying part 5 in the direction of flow, consist of a hub 73, which is fastened to the inner wall of the tubular hollow body 1 with supports 74. The supports 74 are arranged here, for example, at a distance of 90° around the hub 73. In principle, one support 74 would also be sufficient. The holder 75 essentially serves to accommodate the permanent magnetic bearing elements 41. The opposing permanent magnetic bearing elements 41 and 42 are also

hier entgegengesetzt gepolt. Für die axiale Stabilisierung sorgen der Axialstabilisator 12, der Postitionssensor 43 und eine nicht dargestellte Regelelektronik.here oppositely polarized. The axial stabilization is provided by the axial stabilizer 12, the position sensor 43 and a control electronics (not shown).

In Fig. 2d sind in weiterer beispielhafter Ausführung das Förderteil 5 und die Fluidleiteinrichtung 7 konisch ausgebildet. Ein konischer Rotor 80 des Förderteiles 5 vergrößert sich in Strömungsrichtung und geht weiter konisch sich vergrößernd in eine konische Leiteinrichtung 81 über. Die permanentmagnetisehen Lagerelemente 41 und 42 sind entgegengesetzt gepolt, die axiale Stabilisierung erfolgt auch hier über die Positionssensoren 43 in Verbindung mit dem Axialstabilisator 12.In Fig. 2d, in another exemplary embodiment, the conveying part 5 and the fluid guide device 7 are conical. A conical rotor 80 of the conveying part 5 increases in the direction of flow and continues to increase in size conically until it merges into a conical guide device 81. The permanent magnetic bearing elements 41 and 42 are polarized in opposite directions, and the axial stabilization is also achieved here via the position sensors 43 in conjunction with the axial stabilizer 12.

Die Figuren 3a und 3b zeigen jeweils im Längs- und im • Querschnitt im Detail eine beispielhafte Ausführung der Halterung 75 mit Stützen 74.Figures 3a and 3b show, in longitudinal and cross - section, in detail an exemplary embodiment of the bracket 75 with supports 74.

Fig. 4 zeigt ein Förderteil 5 mit der Rotornabe 52, um die herum zwei Rotorbeschaufelungen 53 und 53" angeordnet sind. Die Anordnung von zwei oder mehr Rotorbeschaufelungen 53 ermöglicht es, die Wirkung der Beschaufelung des Förderteiles 5 zu erhöhen.Fig. 4 shows a conveying part 5 with the rotor hub 52, around which two rotor blades 53 and 53" are arranged. The arrangement of two or more rotor blades 53 makes it possible to increase the effect of the blading of the conveying part 5.

In Fig. 5 und Fig. 5a sind im Längs- und im Querschnitt Fluid-Leiteinrichtungen 7 bzw. 7" dargestellt, bei denen das permanentmagnet!sehe Lagerelement 41 vom Positionssensor 43 umgeben ist.In Fig. 5 and Fig. 5a, fluid guiding devices 7 and 7" are shown in longitudinal and cross-section, respectively, in which the permanent magnet bearing element 41 is surrounded by the position sensor 43.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier ist die Magnetlagerung mit einer mechanischen radialen Lagerung kombiniert. Die permanentmagnetischen Lagerelemente 41Fig. 6 shows a further embodiment of the device according to the invention. Here, the magnetic bearing is combined with a mechanical radial bearing. The permanent magnetic bearing elements 41

und 42 sind gleichsinnig gepolt. Die mechanische Lagerung besteht aus einer Achse 44, die in den Fluid-Leiteinrichtungen 7 und 7' fest fixiert ist, während das andere Ende der Achse 4 in einer Lagerbuchse 4 5 des Förderteiles 5 drehbar gelagert ist. Aufgrund der gleichsinnigen Polung der sich gegenüber stehenden permanentmagnetischen Lagerelemente 41 und 42 entfällt hier vorteilhafterweise eine Axialstabilisierung. Die radiale Stabilisierung erfolgt über die Achse 44.and 42 are polarized in the same direction. The mechanical bearing consists of an axis 44 which is firmly fixed in the fluid guide devices 7 and 7', while the other end of the axis 4 is rotatably mounted in a bearing bush 45 of the conveying part 5. Due to the polarization of the opposite permanent magnetic bearing elements 41 and 42 in the same direction, axial stabilization is advantageously not required here. The radial stabilization takes place via the axis 44.

In Fig. 6a, in der ebenfalls eine mechanische radiale Lagerung mit einer Magnetlagerung kombiniert ist, sind die permanentmagnetischen Lagerelemente 41 und 42 im Gegensatz zu Fig. 6 entgegengesetzt gepolt. Das macht es hier erforderlich, im Stabilisatorgehäuse 2 Axialstabilisatoren 12 anzuordnen, Positionssensoren 43 und eine Regelelektronik vorzusehen.In Fig. 6a, in which a mechanical radial bearing is also combined with a magnetic bearing, the permanent magnetic bearing elements 41 and 42 are oppositely polarized in contrast to Fig. 6. This makes it necessary to arrange axial stabilizers 12 in the stabilizer housing 2, to provide position sensors 43 and control electronics.

Maßnahmen, die die radiale Druckverteilung beeinflussen und Ausgleichsströmungen zur Verhinderung von Totwassergebieten im Bereich der Rotornabe 52, das heißt im Nabenspalt 9 zwischen den Stirnseiten der Fluid-Leiteinrichtung 7 und 7' und Förderteil 5, bewirken, sind in Fig. 7a, b, c, 8 und 8a dargestellt. In Fig. 7a ist auf einer Stirnseite 722 der Fluid-Leiteinrichtung 7, 7l eine sich vom Zentrum radial nach außen erstreckende Rippe 723 angeordnet.
In Fig. 7b ist die Rippe 724 gebogen ausgebildet. Statt derartiger Rippen können an der Stirnseite 722 auch konvexe und/oder konkave Wölbungen, radiale Beschaufelungen, Mikroschaufein, Rippen, Rillen und exzentrische Erhöhungen 725 (Fig. 7c) beliebiger Form oder auch einfach eine Rauhigkeit der Oberfläche vorgesehen sein. Entscheidend ist allein, daß es sich hierbei um Mittel handelt, durch die das Fluid bei
Measures which influence the radial pressure distribution and bring about compensating flows to prevent dead water areas in the area of the rotor hub 52, i.e. in the hub gap 9 between the end faces of the fluid guide device 7 and 7' and the conveying part 5, are shown in Fig. 7a, b, c, 8 and 8a. In Fig. 7a, a rib 723 extending radially outward from the center is arranged on an end face 722 of the fluid guide device 7, 71 .
In Fig. 7b, the rib 724 is curved. Instead of such ribs, convex and/or concave curvatures, radial blades, microblades, ribs, grooves and eccentric elevations 725 (Fig. 7c) of any shape or simply a rough surface can be provided on the front side 722. The only decisive factor is that these are means by which the fluid can be

Rotation des Förderteiles 5 radial aus dem Nabenspalt 9 (vgl. Fig. 9) herausbefördert wird. Selbstverständlich können diese Mittel auch an der Stirnseite der Rotornabe 52 angeordnet sein.Rotation of the conveying part 5 radially out of the hub gap 9 (see Fig. 9). Of course, these means can also be arranged on the front side of the rotor hub 52.

Die Darstellung gemäß Fig. 8 bewirkt vorteilhafterweise zusätzlich eine Verbesserung der Notlaufeigenschaften im Falle des Ausfallens der Axialstabilisierung.The representation according to Fig. 8 advantageously also brings about an improvement in the emergency running properties in the event of failure of the axial stabilization.

In Fig. 9 weist die Nabe 73 eine axiale Bohrung 72 6 auf, die vom zu fördernden Fluid durchströmt wird und bewirkt, daß im Nabenspalt 9 befindliches Fluid zusätzlich radial transportiert wird.In Fig. 9, the hub 73 has an axial bore 72 6 through which the fluid to be pumped flows and causes fluid located in the hub gap 9 to be additionally transported radially.

Es wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Magnetlagerung nicht auf zylindrische Formen der Magnete beschränkt ist. Weitere geometrische Ausgestaltungen der permanentmagnetischen Lagerelemente 41 und 42 sind möglich.It is pointed out that the magnetic bearing according to the invention is not limited to cylindrical shapes of the magnets. Other geometric designs of the permanent magnetic bearing elements 41 and 42 are possible.

Die Erfindung bezieht sich in ihrer Ausführung nicht nur auf die vorgenannten Ausführungsbeispiele. Wesentlich für die Erfindung ist allein, daß das Förderteil 5 der Axialpumpe bzw. der Blutpumpe mittels Magnetlagerung in dem rohrförmigen Hohlkörper 1 gelagert ist.The invention does not only relate to the above-mentioned embodiments. The only essential aspect of the invention is that the conveying part 5 of the axial pump or blood pump is mounted in the tubular hollow body 1 by means of magnetic bearings.

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2020

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1 Rohrförmiger Hohlkörper1 Tubular hollow body

2 Stabilisatorgehäuse2 Stabilizer housing

3 Pumpengehäuse 4 Fassung3 Pump housing 4 Socket

5 Förderteil5 Conveyor part

6 Krümmer 6" Krümmer6 manifold 6" manifold

7 Fluid-Leiteinrichtung 7' Fluid-Leiteinrichtung7 Fluid guidance device 7' Fluid guidance device

8 Rotorspalt8 Rotor gap

9 Nabenspalt9 Hub gap

10 Flußleitstück10 Flow guide

11 Kabelstutzen 11a Kabel11 Cable gland 11a Cable

12 Axialstabilisator12 Axial stabilizer

31 Motorstator31 Motor stator

32 Motorrotor32 Motor rotor

41 permanentmagnetisches Lagerelement41 permanent magnetic bearing element

42 permanentmagnetisehes Lagerelement42 permanent magnet bearing element

43 Positionssensor43 Position sensor

44 Achse44 Axis

45 Lagerbuchse 5145 Bearing bush 51

52 Rotornabe52 Rotor hub

53 Rotorbeschaufelung53 Rotor blading

60 Drucksensor60 Pressure sensor

61 Flußsensor61 Flow sensor

62 Aortenkanüle62 Aortic cannula

63 Verbindungselement63 Connecting element

2121

72 Fluid-Leitbeschaufelung 72" Fluid-Leitbeschaufelung72 Fluid Guide Blades 72" Fluid Guide Blades

73 Nabe73 Hub

74 Stütze74 Support

75 Halterung
76 Nabenkappe.
75 Bracket
76 hub cap.

722 Stirnseite722 Front side

723 Rippe723 Rib

724 Rippe724 Rib

725 Erhöhung
72 6 Bohrung
725 increase
72 6 Bore

80 konischer Rotor80 conical rotor

81 konische Leiteinrichtung81 conical guide device

Claims (18)

1. Vorrichtung zur schonenden Förderung von ein- oder mehrphasigen Fluiden, bestehend aus einem rohrförmigen, das Fluid im wesentlichen axial führenden Hohlkörper (1), in dem in axialer Ausrichtung ein mit einem außerhalb des Hohlkörpers (1) befindlichen Motorstator (31) in Rotation versetzbares Förderteil (5) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das in Rotation versetzbare Förderteil (5) zwischen zwei im Hohlkörper (1) fixierte Befestigungselemente (7, 7', 75), durch je einen Nabenspalt (9) berührungsfrei getrennt, gelagert ist, wobei sowohl die Befestigungselemente (7, 7% 75) als auch das Förderteil (5) funktionell zusammenwirkende Lagerelemente (41, 42 und/oder 44, 45) aufweisen. 1. Device for the gentle conveyance of single-phase or multi-phase fluids, consisting of a tubular hollow body ( 1 ) which guides the fluid essentially axially and in which a conveying part ( 5 ) which can be set in rotation with a motor stator ( 31 ) located outside the hollow body ( 1 ) is mounted in axial alignment, characterized in that the conveying part ( 5 ) which can be set in rotation is mounted between two fastening elements ( 7 , 7 ', 75 ) fixed in the hollow body ( 1 ), each separated without contact by a hub gap ( 9 ), wherein both the fastening elements (7, 7', 75) and the conveying part ( 5 ) have functionally interacting bearing elements ( 41 , 42 and/or 44 , 45 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (43) und Stabilisatoren (12) zur Positionserfassung und Positionskorrektur des Förderteiles (5) in den Befestigungselementen (7, 7', 75) und an oder in der Wandung des Hohlkörpers (1) angeordnet sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that sensors ( 43 ) and stabilizers ( 12 ) for position detection and position correction of the conveying part ( 5 ) are arranged in the fastening elements ( 7 , 7 ', 75 ) and on or in the wall of the hollow body ( 1 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strömungscharakterisierung Druck- und Flußsensoren (60, 61) in den Befestigungselementen (7, 7', 75) und/oder an oder in der Wandung des Hohlkörpers (1) angeordnet sind. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that for flow characterization pressure and flow sensors ( 60 , 61 ) are arranged in the fastening elements ( 7 , 7 ', 75 ) and/or on or in the wall of the hollow body ( 1 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionell zusammenwirkenden Lagerelemente (41, 42, 44, 45) permanentmagnetische Lagerelemente (41, 42) aufweisen, die in den Befestigungselementen (7, 7', 75) und im Förderteil (5) jeweils gegenüberstehend angeordnet sind. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the functionally interacting bearing elements ( 41 , 42 , 44 , 45 ) have permanent magnetic bearing elements ( 41 , 42 ) which are arranged opposite one another in the fastening elements ( 7 , 7 ', 75 ) and in the conveying part ( 5 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionell zusammenwirkenden Lagerelemente (41, 42, 44, 45) Flußleitstücke (10) aufweisen, die in den Befestigungselementen (7, 7', 75) angeordnet sind. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the functionally cooperating bearing elements ( 41 , 42 , 44 , 45 ) have flux guide pieces ( 10 ) which are arranged in the fastening elements ( 7 , 7 ', 75 ). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderteil (5) auf zwei Achsen (44) drehbar radial gelagert ist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conveying part ( 5 ) is mounted radially and rotatably on two axes ( 44 ). 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderteil (5) auf einer durchgehenden Achse (44) drehbar radial gelagert ist. 7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conveying part ( 5 ) is rotatably mounted radially on a continuous axis ( 44 ). 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (44) mit dem Förderteil (5) oder mit den Befestigungselementen (7, 7', 75) fest verbunden ist. 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the axis ( 44 ) is firmly connected to the conveyor part ( 5 ) or to the fastening elements ( 7 , 7 ', 75 ). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (44) in einer Lagerbuchse (45) drehbar radial gelagert ist. 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the axis ( 44 ) is rotatably mounted radially in a bearing bush ( 45 ). 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberstehenden permanentmagnetischen Lagerelemente (41, 42) gleichgepolt sind. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the opposing permanent magnetic bearing elements ( 41 , 42 ) have the same polarity. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberstehenden permanentmagnetischen Lagerelemente (41, 42) entgegengesetzt gepolt sind. 11. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the opposing permanent magnetic bearing elements ( 41 , 42 ) are oppositely polarized. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei entgegengesetzter Polung der permanentmagnetischen Lagerelemente (41, 42) ein Stabilisator (12) zur axialen Stabilisierung des Förderteils (5) angeordnet ist. 12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that when the permanent magnetic bearing elements ( 41 , 42 ) have opposite polarity, a stabilizer ( 12 ) is arranged for axial stabilization of the conveying part ( 5 ). 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (7, 7', 75) als Fluid- Leiteinrichtungen (7, 7') mit Fluidbeschaufelungen (72) ausgebildet sind. 13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the fastening elements ( 7 , 7 ', 75 ) are designed as fluid guiding devices ( 7 , 7 ') with fluid blading ( 72 ). 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an den dem Förderteil (5) zugewandten Stirnseiten (722, 723) der Befestigungselemente (7, 7', 75) und/oder an den Stirnseiten des Förderteiles (5) Rippen (723, 724) sowie Beschaufelungen, Rillen, konvexe und/oder konkave Ausbuchtungen oder exzentrisch angeordnete Erhöhungen (725) angebracht sind. 14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that ribs (723, 724) as well as blading, grooves, convex and/or concave bulges or eccentrically arranged elevations (725) are attached to the end faces (722, 723 ) of the fastening elements ( 7 , 7 ' , 75 ) facing the conveying part (5) and/or to the end faces of the conveying part ( 5 ). 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Befestigungselemente (7, 7', 75) eine axial verlaufende Bohrung (726) angeordnet ist. 15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that an axially extending bore ( 726 ) is arranged in at least one of the fastening elements ( 7 , 7 ', 75 ). 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotornabe (52) des Förderteiles (5) in axialem Abstand zwei Rotorbeschaufelungen (53) aufweist. 16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the rotor hub ( 52 ) of the conveying part ( 5 ) has two rotor blades ( 53 ) at an axial distance. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotornabe (52) und die Naben (73) zylinderförmig ausgebildet und die Naben (73) durch Nabenkappen (76) an dem dem Förderteil (5) abgewandten Ende abgeschlossen sind. 17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the rotor hub ( 52 ) and the hubs ( 73 ) are cylindrical and the hubs ( 73 ) are closed by hub caps ( 76 ) at the end facing away from the conveying part ( 5 ). 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderteil (5) und die Halterungen (75), auch in der Ausbildung als Fluid-Leiteinrichtungen (7, 7') in Strömungsrichtung nichtzylindrisch vergrößert oder verjüngt ausgebildet sind. 18. Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the conveying part ( 5 ) and the holders ( 75 ), even when designed as fluid guiding devices ( 7 , 7 '), are non-cylindrically enlarged or tapered in the flow direction.
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Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification

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R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years

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R081 Change of applicant/patentee

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Effective date: 20031120

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Effective date: 20031120

R151 Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years

Effective date: 20060719

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: FORSCHUNGSZENTRUM JUELICH GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: BERLIN HEART AG, FORSCHUNGSZENTRUM JUELICH GMBH, , DE

Effective date: 20071211

Owner name: BERLIN HEART GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: BERLIN HEART AG, FORSCHUNGSZENTRUM JUELICH GMBH, , DE

Effective date: 20071211

R152 Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years

Effective date: 20080530

R071 Expiry of right