AT393456B

AT393456B - Zentrifugalpumpe zur foerderung von blut

Info

Publication number: AT393456B
Application number: AT2615/89A
Authority: AT
Inventors: Heinrich Dipl Ing Dr Schima
Original assignee: Schima Heinrich
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1991-10-25
Also published as: ATA261589A

Description

AT 393 456 B

Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe vom radialen oder gemischt achsial-radialen Typ zur Förderung von Blut.

Neben Schlauchpumpen und Membranpumpen werden für die Beförderung des Blutes für die Kreislaufunterstützung, in Herz-Lungenmaschinen und Dialysegeräten Zentrifugalpumpen, das sind Kreiselpumpen des radialen und gemischt axial-radialen Typs, eingesetzt Aufgrund der besonderen Eigenschaften von Blut müssen derartige Pumpen besondere Anforderungen erfüllen. Dazu gehört neben einer möglichst geringen Scherbelastung des Blutes auch die Vermeidung von Totwasserzonen beziehungsweise Rezirkulationsgebieten, da es beim Vorhandensein derartiger Zonen zu Ablagerungen von Blutbestandteilen kommen kann, was dann als Thrombenbildung bezeichnet wird.

In Fig. 1 ist eine übliche Zentrifugalpumpe dargestellt wie sie auch für die Beförderung von Blut verwendet wird. Das Blut strömt durch den Einstrom (19) in das Pumpengehäuse (3) und wird durch einen Rotor (20) in Drehung versetzt. Durch die auftretende Zentrifugalkraft wird es nach außen gedrückt und durch den am Umfang liegenden Ausstrom (5) gepreßt Da die bei anderen Zentrifugalpumpen übliche Dichtung des Rotors am äußeren Umfang aufgrund der dabei auftretenden Scherkräfte und Reibungsverluste bei Blutpumpen nicht durchgeführt werden kann, ist auch der Raum zwischen Rotorrückseite (9) und Hinterwand des Gehäuses (12) mit Blut ausgefüllt Dort kommt es insbesondere in Nähe der Welle (7) (beziehungsweise der Achse bei anderen Bauformen) und ihrer Dichtung (8) aufgrund der langen Verweilzeit des dort befindlichen Blutes vorrangig zur Thrombenbildung. Zur Abhilfe wird in manchen Pumpen die Bodenplatte des Rotors mit Öffnungen versehen oder der Rotor überhaupt ohne Grundplatte ausgeführt Aber auch bei diesen Konstruktionen bleibt eine Totwasserzone um die Welle bzw. Achse bestehen.

Durch die Erfindung soll die Bildung von Thromben an der Achse vermieden werden. Diese Pumpe, bei der der Rotordurchmesser mindestens so groß wie der Abstand von Bodenplatte und Einlaufspitze des Rotors ist und der Abstand zwischen Rotorumfang und Gehäuse mindestens 1/20 des Rotordurchmessers beträgt, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Totwasserzonen an der Rotorrückseite der Ausstrom auf der dem Einstrom gegenüberliegenden Gehäuserückwand liegt und dadurch ein Teil des Blutes an der Rotorachse beziehungsweise Rotorwelle vorbeigeführt wird.

Die Erfindung wird in den Figuren 2-11 dargestellt: Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform in Längsschnitt, die Figuren 3,4,6, und 7 zeigen verschiedene Ausführungsform»! der Gehäuserückwand in Aufsicht, Fig. 5 und Fig. 8 zeigen Schnitte durch verschiedene Ausführungsformen der Gehäuserückwand, Hg. 6a zeigt einen Detailschnitt durch die Gehäuserückwand gemäß Figur 6, Fig. 9 zeigt eine Aufhängung der Rotorachse auf im Gehäuse liegenden Stegen, Fig. 10 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Anordnung des Antriebes, und in Fig. 11 ist eine Ausführung der Pumpe mit Welle und Durchführung dargestellt

Fig. 2 zeigt wie durch eine entsprechende Positionierung des Ausstromes (14) eine Umspülung der Achse (13) erreicht wird: Das Blut gelangt durch den Einstrom (19) in die Pumpe und wird durch den Rotor (20) in Drehung versetzt und nach außen gepumpt. Der Rotor kann dabei mit Hügeln als Impeller oder mit übereinanderliegenden Scheiben ausgeführt sein. Der Durchmesser des Rotors ist dabei mindestens so groß wie der Abstand von der Bodenplatte (34) zur Einlaufspitze (33) des Rotors, wodurch sich eine Strömung vom radialen beziehungsweise gemischt achsial-radialen Typ »gibt Der Rotor ist durch ein Lager (22) beweglich auf der starren Achse (13) gelagert, wobei eine Dichtung (8) das Lager (22) von Blut freihält. Er enthält einen oder mehrere eingebaute Magnete (21) und wird durch das magnetische Wechselfeld angetrieben, das vom Stator (18), der außerhalb der Pumpe an ihrem Umfang angebracht ist, mit den Spulen (17) erzeugt wird. Der Abstand zwischen Rotorumfang und Gehäusewand beträgt dabei mindestens 1/20 des Rotordurchmessers, um eine Zerstörung des Blutes durch zu hohe Reibung (=Scherkraft) zwischen Rotor und Gehäusewand zu verhindern.

Das Blut gelangt am äußeren Umfang (10) des Rotors vorbei zum Zwischenraum (11) zwischen Gehäuserückwand (12) und Rotorrückseite (9). Aufgrund der relativ hohen Distanz zwischen Rotor (20) und Gehäuse (3) wird die Drehung verlangsamt, sodaß sich an der Rotorrückseite (9) ein Druck einstellt, der in etwa dem erzeugten Druck am äußeren Umfang des Rotors (20) entspricht Durch eine trichterförmige Vertiefung (15) der Gehäusehinterwand (12) gelangt das Blut in den Ausstrom (14).

Die Pumpe ist im Gegensatz zu anderen aus der US-PS 4779614 und der DE-OS 3640657 bekannt gewordenen Pumpen vom radialen oder gemischt achsial-radial»! Typ, sodaß d» Durchmesser des Rotors groß gegen seine Höhe ist Dadurch ergibt sich eine niedrigere Drehzahl des Rotors als bei Achsialpumpen und bei Antrieb über in den Rotor eingelagerte Permanentmagnet»! eine kleines Verhältnis zwischen dem Abstand Rotor-Stator und dem Rotordurchmesser, was eine bessere Verteilung des magnetischen Feldes erlaubt.

Eine gemischt radial-achsiale Pumpe ist auch in der Patentschrift US-PS 1242859 beschrieben, doch wird dort weder die Welle freigestellt und umspült, noch ist der Abstand zwischen Rotor und Gehäuse groß genug, um eine Förd»ung von Blut ohne große Beschädigung der Blutbestandteile zu »möglich»!.

Gemischt radial-achsiale Pumpen für die Förderung von Blut werden unter anderem in den Patentschriften US-PS 4037984, US-PS 4507048 und US-PS 4589822 beschrieben, jedoch liegt bei all diesen Pumpen der Ausstrom am Gehäuseumihng.

Fig. 3 zeigt die Gestalt der trichterförmig»! Vertiefung (15) der Gehäuserückwand (12): Sie besitzt einen längeren Übergang (26) zum Ausstrom (14) und eine steilere Wand (25) nach diesem Ausstrom (jeweils bezogen auf die Drehrichtung (24)) und ist in der Mitte bis an die Achse (13) herangeführt. Am Umfang kann -2-

Claims

AT 393 456 B sie bis an die seitliche Gehäusewand (23) herangeführt sein. In Fig. 4 und 5 ist dargestellt, wie zur Verminderung der Stoß- und Reibungsverluste ein zur Achse geneigter Ausstrom (14) vorgesehen sein kann. Weiters können, wie in Fig. 6 und 6a dargestellt, Strömungsleitvorrichtungen und/oder Strömungswiderstände auf der Gehäusehinterwand (12) in Form von Erhebungen vorgesehen sein. Die Leitvorrichtung (27) dient dann der Strömungsorientierung und damit dem Druckaufbau zum Ausstrom hin; die Strömungswiderstände (28, 29) können unmittelbar hinter dem Ausstrom oder verteilt über die Gehäuserückwand (12) angebracht sein, wie dies aus Figur 6a ersichtlich wird. Ein Querschnitt durch einen derartigen Strömungswiderstand als "Bremsprofil" ist in Fig. 6a dargestellt. Diese dienen der Senkung der Rotationsgeschwindigkeit und damit dem Druckausgleich hinter dem Rotor (20). Fig. 7 und 8 zeigen, wie der Druckaufbau am Ausstrom auch durch eine Gehäuserückwand (39) erfolgen kann, die von der Wand (25) hinter dem Ausstromtrichter (15) sich stetig bis zu dessen Einlauf (26) langsam absenkt Weiters kann, wie in Fig. 9 dargestellt der Zwischenraum (11) hinter dem Rotor (20) zur Senkung der Rotationsgeschwindigkeit sehr tief ausgeführt sein, wobei die Rotorachse (13) dann auch auf einem oder mehreren Stegen (31) fixiert sein kann. Diese Stege können zur weiteren Bremsung der Rotationsgeschwindig-keit ein entsprechendes Profil aufweisen. Die Einkopplung der magnetischen Kraft in die Rotormagneten (21) kann wie in Fig. 2 dargestellt durch einen Stator (18) über den äußeren Umfang der Rotormagneten (21) erfolgen. Fig. 10 zeigt wie zum Erreichen eines kompakteren Aufbaus durch entsprechende Formgebung des Stators (18) die Krafteinkopplung ganz oder teilweise über die Stirnflächen (32) der Rotor-Magneten (21) erfolgen kann. Fig. 11 zeigt wie das Prinzip der umspülten Achse auch mit einem starr auf einer Welle (7) montierten Rotor (20) mit einer geschlossenen Bodenplatte (34) realisiert werden kann, wobei dann die Welle (7) an der Gehäuserückwand (12) mit einer Dichtung (8) und Lager(n) (22) versehen werden muß und der Antrieb über einen konventionellen Motor (38) von außen erfolgt. PATENTANSPRÜCHE 1. Zentrifugalpumpe vom radialen oder gemischt achsial-radialen Typ zur Förderung von Blut, wobei der Rotordurchmesser mindestens so groß wie der Abstand von Bodenplatte und Einlaufspitze des Rotors ist und der Abstand zwischen Rotorumfang und Gehäuse mindestens 1/20 des Rotordurchmessers beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Totwasserzonen an der Rotorrückseite (9) der Ausstrom (14) auf der dem Einstrom (19) gegenüberliegenden Gehäuserückwand (12) liegt und dadurch ein Teil des Blutes an der Rotorachse (13) beziehungsweise Rotorwelle (7) vorbeigeführt wird.
2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß deren Ausstrom (14) so gestaltet ist, daß eine von der Achse (13)/Welle (7) aus in den Ausstrom (14) einlaufende Vertiefung (15) der Gehäuserückwand (12) vorgesehen ist, sodaß der Abstrom des Blutes auch aus Achsen(/Wellen)-nähe gewährleistet ist, wobei weiters diese trichterförmige Vertiefung (15) vorzugsweise eine unterschiedliche Neigung ihrer Übergänge (25,26) in die Gehäuserückwand (12) aufweist.
3. Zentrifugalpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) um mehr als ein Zwanzigstel seines Durchmessers von der Gehäuserückwand (12) entfernt ist, um dadurch eine Abnahme der Rotationsgeschwindigkeit des Blutes und damit eine Verringerung der auf das Blut ausgeübten Zentrifugalkraft im Zwischenraum (11) zwischen Rotorrückseite (9) und Gehäuserückwand (12) zu bewirken.
4. Zentrifugalpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gehäuserückwand (12) eine oder mehrere Erhebungen (27, 28, 29) angebracht sind, um eine Abnahme der Rotationsgeschwindigkeit des Blutes und damit eine Verringerung der auf das Blut ausgeübten Zentrifugalkraft im Zwischenraum zwischen Rotorrückseite (9) und Gehäuserückwand (12) zu bewirken.
5. Zentrifugalpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Rotornickseite (9) und Gehäuserückwand (12) mindestens halb so groß wie der Abstand zwischen Bodenplatte (34) und Einlaufspitze (33) des Rotors (20) ist und die Achse (13)/Welle (7) über einen oder mehrere von der Seitenwand (23) angebrachte Stege (31) gehalten wird, die als Leitvorrichtungen für die Strömung ausgeführt sein können. -3- AT 393 456 B
6. Zentrifugalpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (13) im Gehäuse (3) fest montiert ist und der auf dieser Achse (13) drehbar gelagerte Rotor (20) in an sich bekannter Weise zumindest einen Permanentmagnet (21) enthält und durch magnetische Einkoppelung des Drehmomentes in Rotation versetzt wird.
7. Zentrifugalpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des magnetischen Drehfeldes in an sich bekannter Weise über einen um die Pumpe gelegten Stator (18) erfolgt.
8. Zentrifugalpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des magnetischen Drehfeldes in an sich bekannter Weise durch einen vor oder hinter der Pumpe liegenden Stator (18) erfolgt.
9. Zentrifugalpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) mit der Welle (7) starr verbunden ist und diese in an sich bekannter Weise durch eine Dichtung (8) in der Gehäuserückwand (12) zu einem Antriebsaggregat (38) geführt ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -4-