DE10164942B4

DE10164942B4 - Vorrichtung zur axialen Förderung von Körperflüssigkeiten

Info

Publication number: DE10164942B4
Application number: DE2001164942
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Nüsser Peter; Dr.med. Müller Johannes; Prof.Dr. Peters Hans-Erhard; Jörg Müller; Ali Kilic; Dr. Graichen Kurt; Dietmar Ries; Klaus Wunderlich
Original assignee: Berlin Heart GmbH
Current assignee: Berlin Heart GmbH
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2021-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur axialen Förderung von Körperflüssigkeiten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Zuströmbereich und den Abströmbereich einer Axialpumpe so auszubilden, dass auch bei einer in diesen Bereichen vorzusehenden Umlenkung der Strömung keine Strömungsablösung erfolgt, sondern ein weitgehend ungestörtes Strömungsprofil erhalten bleibt. So ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur axialen Förderung von Körperflüssigkeiten, bestehend aus einem rohrförmigen, die Flüssigkeit im wesentlichen axial führenden Hohlkörper, in dem in axialer Ausrichtung ein mit einem außerhalb des Hohlkörpers in einem Pumpengehäuse befindlichen Motorstator in Rotation versetzbares gelagertes Förderteil angeordnet ist, wobei das Förderteil eine Rotorbeschaufelung aufweist, und wobei in Strömungsrichtung vor und nach dem Förderteil feststehende Vor- und Nachleiteinrichtungen angeordnet sind, und aus Zu- und Abströmbereiche, die am Hohlkörper strömungsrichtungverändernd angesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Zuströmbereich ein einen Einlaßkrümmerwinkel aufweisenden am rohrförmigen Hohlkörper angesetzter Einlaßkrümmer angeordnet ist, der eine Querschnittsverringerung in Richtung Vorleiteinrichtung aufweist und dass im Abströmbereich ein einen Auslaßkrümmerwinkel aufweisenden am Hohlkörper angesetzter Auslaßkrümmer angeordnet ist, der in Strömungsrichtung bis zu einem Auslaßzylinder eine Querschnittsverringerung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur axialen Förderung von Körperflüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Insbesondere Körperflüssigkeiten wie Blut, die durch einen Energieeintrag irreversible Veränderungen erfahren können, wie z. B. Emulsionen und Dispersionen können beim Fördern in entsprechenden Vorrichtungen, wie Pumpen nachteiliger Weise in instabile Bereiche geraten.
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 Blut keine Veränderungen erfährt, wenn es über das Herz durch den Körper gepumpt wird.
Bekannt ist, daß das Blut bei Kontaktierung mit nicht körpereigenen 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, das über das physiologische Maß hinaus die roten Blutkörperchen innerhalb des Körpers lysiert – 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.
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 Herzunterstützungssystemen oder Kunstherzen zur Zeit nur begrenzt möglich, weil die Wechselwirkungen dieser Kunstprodukte mit dem Blut und dem gesamten Organismus immer noch zu nachteiligen Veränderungen des Blutes und des Organismusses führen.
Im Stand der Technik sind axiale Blutpumpen bekannt, die im Wesentlichen aus einem zylindrischen Rohr, in dem ein Förderteil, das als Rotor eines außen anliegenden Motorstators ausgebildet ist, bekannt. Der Rotor, der eine sogenannte Beschaufelung aufweist, fördert, nach dem er mittels des Motorstators in Rotation versetzt wurde, die Flüssigkeit in axiale Richtung.
So wird in der WO 00/64030 eine Vorrichtung zur schonenden Förderung von ein- oder mehrphasigen Fluiden beschrieben. Bei dieser Vorrichtung ist in Strömungsrichtung gesehen vor dem Förderteil (Rotor) eine Vorleiteinrichtung und in Strömungsrichtung gesehen nach dem Förderteil eine Nachleiteinrichtung angeordnet. Obwohl das Blut im Durchströmungsbereich der Pumpe im wesentlichen keine nachteiligen Veränderungen erfährt, hat sich jedoch nachteiliger Weise gezeigt, das sich im Zuströmbereich vor der Vorleiteinrichtung und im Abströmbereich nach der Nachleiteinrichtung der Pumpe gestörte Strömungen ausbilden können, die zu einer Veränderung des Blutes führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Zuströmbereich und den Abströmbereich einer Axialpumpe so auszubilden, dass auch bei einer in diesen Bereichen vorzusehenden Umlenkung der Strömung keine Strömungsablösung erfolgt, sondern ein weitgehend ungestörtes Strömungsprofil erhalten bleibt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt, mit dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Zuströmbereiches und Abströmbereiches einer gattungsmäßigen Axialpumpe führt dazu, das Strömungen sanft beschleunigt werden können, ohne dass gestörte Strömungsregime entstehen. Hierbei hat sich insbesondere die erfindungsgemäße Ausbildung des Krümmungswinkels im Verhältnis zur Veränderung des Strömungsquerschnittes als sehr vorteilhaft erwiesen. Die erfindungsgemäß herbeigeführte Strömungsführung kann demzufolge durch folgende vorteilhafte Eigenschaften charakterisiert werden:

– spezielle Formgebung des Einlaßkrümmers mit permanenter Beschleunigung der Strömung in der Zuströmung zur Vorleiteinrichtung
– optimierte Zuströmung zum Förderteil durch entsprechende Gestaltung der Vorleiteinrichtung
– optimierte Energieübertragung im Förderteil
– Konditionierung der Strömung und Druckrückgewinn in der Nachleiteinrichtung
– Spezielle Gestaltung des Auslaßkrümmers mit permanenter Beschleunigung der Strömung im gekrümmten Bereich
– Konditionierung der Strömung im Bereich des Verbindungsstücks zur Auslaßkanüle, daß vorzugsweise mit einer allmählichen Querschnittserweiterung in Form eines rotationssymetrischen Diffusors ausgestattet ist. Eine spezielle vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Auswahl von elastischen hinreichend formstabilen Werkstoffen, für die Ein- und Auslaßkrümmer, die dadurch physisch bedingte permanente Bewegungen im Bereich des Anschlusses der Vorrichtung an die Herzkammer bzw. an die Aorta aufnehmen können.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung einer gattungsgemäßen Axialpumpe mit Einlaß- und Auslaßkrümmer,
2 eine schematische Schnittdarstellung des Auslaßkrümmers und
3 eine schematische Schnittdarstellung des Einlaßkrümmers.
1 zeigte eine schematische Darstellung einer gattungsgemäßen Axialpumpe mit einem Einlasskrümmer 12 und einem Auslasskrümmer 13. Der Einlasskrümmer 12 ist mit einem Einlaßansatz 28 an einem Zuströmbereicht 10 eines zylindrischen Hohlkörpers 1 befestigt. Der Auslasskrümmer 13 ist mit einem Auslassansatz 29 an einem Abströmbereich 11 des zylindrischen Hohlkörpers 1 befestigt. Im zylindrischen Hohlkörper 1 befinden sich, in Strömungsrichtung gesehen, eine feststehende Vorleiteinrichtung 5 mit einer Leitbeschaufelung 9, ein schwebend gelagertes Förderteil 2, das aus einem Motorrotor 4, einer Rotorbeschaufelung 5 und einem Stützring 30 besteht. In Strömungsrichtung gesehen nach dem Motorrotor 4 ist eine feststehende Nachleiteinrichtung 7 mit einer Leitbeschaufelung 9 angeordnet. Der Motorrotor 4 wird mittels eines Motorstators 3, der in einem Pumpengehäuse 8 angeordnet ist, in Rotation versetzt. In einer hier beispielhaft gezeigten Axialpumpe ist am Auslasskrümmer 13 ein Strömungsdiffusor 25 vorgesehen. Zu förderndes Blut tritt über eine Einlasskanüle 18 in einen Einlasszylinder 20 des Einlalaßkrümmers 12 ein und wird dann entsprechend der Krümmung des Einlaßkrümmers 12 um einen Winkel 15 strömungsmäßig umgelenkt und in den Einlaßansatz 28 geführt. Der Einlaßkrümmer 12 weist hier stromabwärts eine permanente Querschnittsverengung bis in den Zuströmbereich 10 auf. Das Blut wird nun über die Vorleiteinrichtung 6 am Motorrotor 4 vorbei und über- die Nachleiteinrichtung 7 in den Abströmbereich 11 des zylindrischen Hohlkörpers 1 geführt. Hier tritt das Blut in den Auslaßansatz 29 des Auslaßkrümmers 13 ein und wird im Auslasskrümmer strömungsmäßig um einen Winkel 14 umgelenkt. Hierbei erfolgt wiederrum eine Querschnittsverengung des Auslaßkrümmers 13. Ein Auslaßzylinder 19 des Auslaßkrümmers 13 setzt hier beispielhaft an einen Strömungsdiffusor 25 an, der stromabwärts eine permanente Querschnittsvergrößerung in Richtung einer Auslaßkanüle 17 aufweist. Aufgrund der Anordnung eines Einlaßkrümmers 12, der die Blutströmung unter einem Einlaßkrümmerwinkel 15 umlenkt und die Anordnung eines Auslaßkrümmers 13, der das Blut unter einem Auslaßkrümmerwinkel 14 umlenkt, wird ein ungestörter Lauf der Strömung erreicht.
2 zeigt in schematischer Schnittdarstellung den Auslaßkrümmer 13, der das zu fördernde Blut über einen Pumpenaustritt 27, den Abströmbereicht 11 und eine Krümmung 22 in den Auslaßzylinder 19 und dann weiter in den Strömungsdiffusor 25 und die Auslaßkanüle 17 führt. Über diese Art der Strömung wird ein Ablösen des strömenden Blutes von der Wandlung 23 des Auslaßkrümmers 13 vorteilhafterweise vermieden.
Der in 3 in schematischer Schnittdarstellung gezeigte Einlasskrümmer 12 lenkt das von der Einlaßkanüle 18 über den Einlaßzylinder 20 kommende Blut um einen Einlaßkrümmerwinkel 15 in den Einlaßansatz 28 um. Hierbei erfolgt stromabwärts eine permanente Querschnittsverengung des Einlaßkrümmers 12 bis zum Einlaßansatz 28. Über den Zuströmbereich 10 wird das Blut dann in den Pumpeneintritt 26 befördert. Aufgrund der hier erfindungsgemäß vorhandenen permanenten Strömungsquerschnittsverengung erfolgte keine Ablösung der Strömung von der Wandlung 24 des Einlaßkrümmers 12.
Bezugszeichenliste

1: Hohlkörper
2: Förderteil
3: Motorstator
4: Motorrotor
5: Rotorbeschaufelung
6: Vorleiteinrichtung
7: Nachleiteinrichtung
8: Pumpengehäuse
9: Leitbeschaufelung
10: Zuströmbereich
11: Abströmbereich
12: Einlaßkrümmer
13: Auslaßkrümmer
14: Auslaskrümmerwinkel
15: Einlaßkrümmerwinkel
16
17: Auslaßkanüle
18: Einlaßkanüle
19: Auslaßzylinder
20: Krümmung
21: Wandung
22: Strömungsdiffusor
23: Einlaßzylinder
24: Krümmung
25: Wandung
26: Pumpeneintritt
27: Pumpenaustritt
28: Einlaßansatz
29: Auslaßansatz

Claims

Vorrichtung zur axialen Förderung von Körperflüssigkeiten, enthaltend eine Pumpe mit Zu- und Abströmbereichen (10, 11), wobei im Zuströmbereich (10) ein einen Einlaßkrümmerwinkel (14) aufweisender am rohrförmigen Hohlkörper (1) angesetzter Einlaßkrümmer (12) angeordnet ist, der eine Querschnittsverringerung in Richtung Vorleiteinrichtung (6) aufweist und im Abströmbereich (11) ein einen Auslaßkrümmerwinkel (15) aufweisender am Hohlkörper (1) angesetzter Auslaßkrümmer (13) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bestehend aus einem rohrförmigen, die Flüssigkeit im Wesentlichen axial führenden Hohlkörper (1), in dem in axialer Ausrichtung ein mit einem außerhalb des Hohlkörpers (1) in einem Pumpengehäuse (8) befindlichen Motorstator (3) in Rotation versetzbares gelagertes Förderteil (2) angeordnet ist, wobei das Förderteil (2) eine Rotorbeschaufelung (5) aufweist, und wobei in Strömungsrichtung vor und nach dem Förderteil (2) feststehende Vor- und Nachleiteinrichtungen (6, 7) angeordnet sind, wobei die Zu- und Abströmbereiche (10, 11) am Hohlkörper (1) strömungsrichtungsverändernd angesetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslaßkrümmer (12, 13) sowie die Ein- und Auslaßkanülen (17, 18) aus flexiblem Material bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bisw 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Material im Wesentlichen aus Silikon und/oder verstärktem Silikon (Gewebe) besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkrümmer (13) und der Einlaßkrümmer (12) einzelne Bereiche aus flexiblem Material aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Einlaßkrümmers (12) und der Durchmesser des Eintritts des Einlaßkrümmers (12) im Verhältnis 1:2 stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsdiffusor (25) in Strömungsrichtung eine Querschnittserweiterung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkrümmer (13) in Strömungsrichtung bis zu einem Auslaßzylinder (19) eine Querschnittsverringerung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung nach dem Auslaßzylinder (19) ein Strömungsdiffusor (25) und eine Auslaßkanüle (17) angeordnet sind.