DE2251644A1 - Blutbehandlungspumpe - Google Patents

Blutbehandlungspumpe

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Description

DtPL.-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*
β MÜNCHEN 81 · WISSMANNSTRASSE 14 ■ TELEFON 933774 · TELEGRAMMADRESSE; LANGHOFFPATENT MÜNCHEN
München, den 20. Oktober 1972 Unser Zeichen: 16-1063
Blutbehandlungspumpe
Die Erfindung betrifft eine Blutbehandlungspumpe, mit der sich zugleich menschliches Blut pumpen und behandeln läßt.
Es sind bereits Vorrichtungen bekannt zur Sauerstoffbeladung von Blut sowie zur Blutwäsche. Eine typische Sauerstoffbeladungsvorrichtung umfaßt einen drehbaren horizontalen Zylinder, dessen Mantelfläche ein silikonbeschichtetes Gewebe trägt. Dieses Gewebe taucht außen in. eine das Blut enthaltende Wanne ein, welches sodann von der Zylinderoberfläche mitgenommen und dabei dem Sauerstoffgas ausgesetzt wird, welches aus dem Innenraum des Zylinders diffundiert. Zusätzlich sind rohrförmige Sprühvorrichtungen vorgesehen, um Blut auf die Außenwand der zylindrischen Gewebebahn zu sprühen, wodurch die Beladungsgeschwindigkeit erhöht wird (US-Patent 3 026 871).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blutbehandlungspumpe zu schaffen, welche verhältnismäßig einfach aufgebaut Ist, betriebssicher arbeitet und sich für verschiedene Aufgaben verwenden und leicht umrüsten läßt.
Eine Pumpe gemäß der Erfindung zeichnet sich aus durch einen zylindrischen Rotor, der an seiner Mantelfläche sine Anzahl Nuten aufweist, die mit einem Einlaß und einem Auslaß für ein Blutbehandlungsmittel verbunden sind, durch eine die Mantelfläche des Rotors dicht umgebende perrnaable Meirbran, durch
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eine axial exzentrische Lagerung des Rotors in einem etwas größeren Innenraum des Statorgehäuses der Pumpe, und durch einen Bluteinlaß sowie einen Blutauslaß in dem den kleinsten Abstand zwischen Statorgehöuse und Rotor aufweisenden Bereich.
Die Erfindung 1st im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.
Figur 1 ist ein Axialschnitt durch eine Bluttransportpumpe nach der Erfindung.
Figur 2 ist eine Schnittansioht des in Figur 1 eingekreisten Bereichs 2.
Figur 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Figur
Die in den Figuren dargestellte Bluttransportpumpe 10 umfaßt eine rohrförmige Welle 11, welche sich zentral über praktisch die ganze Länge der Bluttransportpumpe 10 erstreckt. Die Welle 11 1st mit einer konzentrischen Bohrung 12 versehen und an dem einen Wellenende 16 mit einer Keilriemenscheibe 13 über einen Splint 13a verkellt. Um dieses Wellenende iateine 1. Dichtung 14 gelegt, und um das andere Wellenende 17 eine 2. Dichtung 15- Auf diesen Dichtungen sitzen rohrförmige Haltenippel 18 bzw. 19, die auch dazu dienen, ein Sekundärströmungsmlttel in die Bluttransportpumpe 10 zu leiten. Die Flußrichtung des Sekundärströmung3mittels ist durch den Pfeil ..-.. 20 gekennzeichnet. In der Nähe der Wellenenden 16 und 17 befindet sich Jeweils ein Wellenlager 21 bzw. 22, die in genauen Stellungen auf der Welle 11 befestigt sind und in üblicher Weise von dieser abnehmbar verriegelt sind. Die Pumpe umfaßt ferner ein festes, rohrförmiges Gehäuseteil· 23 mit einem genau eingehaltenen Innendurchmesser 35, welches das Statorgehäuse bildet. Das Gehäuseteil 23 weist genau geschnittene Gewinde-* bohrungen 28 und 29 auf, in die Präzisionsschrauben 2*1 und eingeschraubt sind, die zum Befestigen dör Wallenlager 21 und dienen. Ein zweiter Satz Schrauben, der In der Figur nicht
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sichtbar ist, dient zum Befestigen der Wellenlager auf den axial gegenüberliegenden Seiten.
Zwischen den Wellenlagern 21 und 22 und dem Gehäuseteil 23 befindet sich jeweils ein Exzentrizitätsausgleichsteil 30 bzw. 31, die von den Präzisionsschrauben 34 und 35 mitgehalten werden und eine genau exzentrische Einstellung 32 der Welle parallel 2ur Symmetrieachse 33 des Innenraumes des Gehäuseteils 23 ermöglichen. Als Exzentrizitätsausgleichsteile können Metallscheiben verwendet sein oder andere bekannte Einrichtungen. Die exzentrische Lage 32 der Welle II befindet sich oberhalb der Symmetrieebene, kann in gleicher Weise jedoch auch irgendeine andere Winkelstellung haben. Anstelle der Metallscheiben können auch beispielsweise Befestigungszapfen, genau bearbeitete Vorsprünge oder Nuten usw. verwendet werden.
Auf der Welle sitzt eine feste, zylindrische Rotorhülse 32J, die einen Außendurchmesser 108 aufweist, der um einen genau festgelegten Betrag kleiner ist als der Innendurchmesser 35 des Gehäuseteils 23· Der Außendurchmesser 108 steht in Beziehung zum Innendurchmesser 35 des Gehäuseteils 23. In der Rotorhülse 34 sind in der äußeren Mantelfläche 37 eine Anzahl flache Nuten 36 eingearbeitet, die sich vom Eingangsstirnbereich 38 zum Ausgangsstirnbereich 39 der Rotorhülse erstrecken. Die Nuten 36 verlaufen parallel zur Symmetrieachse der Welle und sind durch Vorsprünge 105 voneinander getrennt.
Die äußere Mantelfläche 37 der Rotorhülse 31J ist durch eine dünne, für das Sekundärströmungsmittel permeable Membran 40 vollständig umgeben. Diese Membran bildet eine Abdeckung für die Nuten 36 und 1st gemäß Figur 2 über die Stirnenden der Rotorhülse 34 gespannt und mittels Preßringen 41 bzw. 42 festgeklemmt. Die aus der Rotorhülse 34, der Membran 4o und den Preßringen 41 und 42 bestehende Baugruppe bildet eine fabrlkatorische Einheit, die sich In der Bluttransportpumpe leicht ersetzen läßt. Jeder Preßring 40, 41 spannt die Membran 40 an den betreffenden
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Stirnbereich 38, 39 des Rotors fest. Anstelle der dargestellten Preßringe können natürlich auch andere Befestigungseinrichtungen für die Membran verwendet werden.
An den Stirnbereichen 38 und 39 sitzt abnehmbar jeweils eine Stirnscheibe 44 bzw. 45, die in den Innenraum der Rotorhülse genau eingepaßt sind und sich innen durch die Preßringe Il bzw. 42 erstrecken. Die Stirnscheiben Bind mittels Sicherungsschrauben 46 und 47 bzw. 48 und 49 festgeschraubt in Strömungsleitscheiben 62 bzw. 63» die weiter unten noch erläutert sind.
Zum Abdichten der Stirnscheiben 44 und 45 gegen Leckströmungen während des Betriebes sind ein Paar Fluiddichtungen 50 bzw. 51 vorgesehen, die innen an dem Gehäuseteil 23 anliegen und mittels Spanneinrichtungen 52 bzw. 53 gegen die Stirnscheiben gedrückt sind. Die Spanneinrichtungen 52 und 53 umfassen einen Stützring 54 bzw. 55» der durch einen herausnehmbaren Sprengring 56 bzw. 57 in der richtigen Lage gehalten ist und Federführungszapfen 58 bzw. 59 trägt, auf denen Jeweils eine Druckfeder 60 bzw. 61 sitzt.
Die feststehenden Stirnscheiben 44 und 45 sowie die Strömungaleitecheiben 62 und 63 sind dauernd koaxial zur Achse der Welle 11 und ergeben ein Paar genau festgelegter Bezugsorte. Die feststehende Strömungsleitscheibe 62 liegt in dem Eingangs-Stirnbereich 38, und die feststehende Strömungsleitscheibe 63 in dem Ausgangsstirnbereich 39· Beide Strömungsleitscheiben sind mit der Welle 11 durch Schweiftetellen 64 bzw. 65 verbunden. PIe Strömungpleitscheibe 62 weist wenigstens einen Radialkanal 66 auf, der als Strömungsmitteleinlaß für das Sekundärströmungsmittel von der hohlen Welle Xl durch mindestens eine Bohrung 67 in derselben bis in eine Verteilernut 68 in der Rotorhülse 34 dient. Die Gesamtheit der Nuten 36 bildet einen Strömungsweg 74, von dem aus das Strömungsmittel In eine Verteilernut 71 und sodann über mindestens einen Radialkanal 69 in der Strömungsleltschelbe 63 und durch eine Bohrung
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in der Welle 11 in die konzentrische Bohrung 12 derselben fließt. Der die Membran 40 umgebende Ringraum 71J kann eine gegensinnige Strömung führen.
Gemäß den Figuren 1 und 3 ist das Gehäuseteil 23 von einem Wärmeaustauschmantel 82 umgeben, der von mehreren Durchlaßkanälen 83 durchquert wird, die radial innen in dem Ringraum
74 enden und radial außen in dem durch einen Verteilermantel 81 begrenzten Raum. An den Verteilermantel 81 ist ein Bluteinlaßstutzen angesetzt. Durch den Verteilermantel 81 wird das in den Bluteinlaßstutzen 80 einströmende Blut auf die einzelnen Durchlaßkanäle 83 und von diesen in eine EinJaßnut 118 verteilt, vonwo das Blut in den Ringraum 7*t gelangt, wie in Figur 3 dargestellt ist» Wenn der Rotorblock 43 sich in Richtung des Pfeiles 77 dreht, wird über den Laminarströmungsbereich 75 über die Länge des Rotorbloeks 43 eine Laminarströmung 76 erzeugt, da der Ringraum 74 aufgrund der Exzentrizität der Welle 11 in dem Laminarströntungssektor
75 verhältnismäßig eng ist. Die Strömungsschieht hat an dieser Stelle eine Dicke t, die durch den Auäendurchmtsser <äes Rotor» blocke? 43 und den Innendurchmesser ^S ues Gehäuseteil 23 gegeben ist. Die Reynoldzahl für die Strömung in diesem Raum läßt sich noch genauer ersetzen durch die Heynoläs-Couett©« zahl für ein Koaxialzylindervislcosimfter, welche ist; .
worin J die Blutdichte, αϊ die Winkelgeschwindigkeit ö@s Rotox*- blocks, t die Spaltdicke d@s LamiB^rströmungsSektors 75 die wirksame dynamische Viskosität den Blutes let. Bei Werten von B_ ist 4ie Strömung swlp^hfn d#m Rotoytaoek k3
und dem Gehäuseteil 2J laminar. B@i hohen Werten von R treten Örtliche Wirbe!strömungen, in dem Sp^ltrs«» 79 auf« ergibt sich in diesem Spaltraum eipe Vermischung in Winkelbereich 78. Die Dle&e des Spaltrawm^s 79 in i®m Winkelbereich 78 beträgt etwa 1,27 ro» und die picke 4«s Strömungssektors etwa 0,25
Der LaminarströiaungssektOF 75 setzt sich noeh weites9 fort In
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den Laminarströmungsbereich 113 > an den übergangsbereiche 111 und 112 angrenzen, in welchen der Strömungszustand nicht genau definiert 1st. In Figur 3 ist der Druckverlauf 110 im Bereich dea Blutauslaßstutzens 86 als Kurve dargestellt. Man erkennt daraus die Lage, die der Blutauslaßstutzen 86 haben muß, damit ein möglichst hoher Druck an demselben auftritt. Mit diesem Auslaßstutzen ist ein Verteilerkanal 87 verbunden, der achsparallel entlang der äußeren Oberfläche des Wärmeaustauschmantels 82 verläuft und im Aufbau dem Verteilermantel 81 entspricht. Es sind ferner Durchlaßkanäle 88 vorgesehen, die sich durch den Wärmeaustauschmantel 82 von dem Verteilerkanal 87 In eine Auslaßnut 109 erstrecken. An den Wärmeaustausch* mantel 82 ist ein Einlaßstutzen 89 und ein Auslaßstutzen 90 angesetzt, welche eine Zirkulation eines Wärmeübertragungsmlttels in dem Wärmeaustauschmantel ermöglichen.
In der Strömungsleitscheibe 62 sind Ringnuten 91 und 92 zur Aufnahme von Dichtungsringen 93 bzw. 91* vorgesehen, die eine Leckströmung des SekundärstrÖmungsmittels verhindern. In einer Haltenut 96 sitzt ein Sprengring 95» der eine genaue Lage des Rotorblockes sicherstellt. Am gegenüberliegenden Ende der Bluttransportpumpe 10 befinden sich in der Strömungsleitscheibe 63 Ringnuten 97 und 98, in denen Dichtungsringe 99 bzw. 100 liegen, die auch zum Verhindern einer Leckströmung dienen. In einer Haltenut 102 sitzt ein Sprengring 101, der die zweite axiale Fixierung für den Rotorblock bildet. Es sind ferner noch Dichtungsringe I03 und 104 in den Pluiddichtungen 50 bzw. 51 vorgesehen.
Das Gehäuseteil 23 geht in einen Statorgehäuseansatz 106 über, der genügend lang ausgebildet sein kann, um eine leichte Montage und Demontage der Pumpe zu ermöglichen. Die innere Oberfläche des Qehäuseteils 23 mit dem Innendurchmesser 35 kann mit einem mit Blut verträglichen überzug versehen sein, etwa mit Polyurethan. An der Pumpe ist ein Pumpenständer 107 befestigt.
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Die dargestellte Bluttransportpumpe läßt sich zur Sauerstoffbeladung von Blut oder alternativ auch als Blutdialysevorrichtung verwenden.
Bei Verwendung der Bluttransportpumpe 10 zur Sauerstoff«· beiladung von Blut wird für die dünne Membran 40 eine für Sauerstoff und Kohlendioxyd permeable Membran verwendet»
Sei Verwendung der Pumpe als Blutdialysevorrichtung wird ©ine dünne Membran ^O verwendet, welche für wässrige Dialyselösungen und für die Abfallprodukte aus dem Blut durchlässig ist.
Für beide Anwendungsarten hat die Membran gewöhnlich ein© Starke von 0,05 bis 0,08 ram.
Pie Boterhtilse 3*», die gewünschte Membran 40 und die Freßringe H und Jl2 werden bereits in der Fabrik als Rot©rblock zusanwiengebaut. Dieser Rotorblock H3 läßt sich dann leicht in ©ine Pumpe einsehen und ex"ford$3?Xi6henfa2.1s durch einen anderen Rotorblock ersetzen.
Bei Verwendung der Pumpe al$ Elutöialysev^rrichtung wird eint Zellopharanembran *IQ verwendet ·' öajs aus Q$r Hand, dem Arm oder Bein eir»es Fetitnfcen entpomBieve art erlebe Blut gelangt in $en B^teinlaßst^tsen 80 Xn fäf? TOPsfc.efaend beschriebenen Vielte öurch <Sie Pumpe und tritt; eue #i» B^utdusleBetiitveii 86 m& ujnä wird wieder in d@p K8ypei? d@s fmtienten. %e%®%%&$. Daa Blut» da? sich in ö©r pump© in Bes?i|teung mit ä®r Membran Ho befindet, wjlr<3 φΙοφγ Difftotleneif&^!)* Pitteis *$&im %l® W^yw» flüesigkeit aienende'ra SekunöirstFöpungsmittel wnter«©g«i?i, welches durch ü&n Pingraum T11 fXie^. Es lassen §ioi» ap sieh bekennte Bl#tdj[.alys6flü8glgk$it;ett ale Sekundäretröpungsmi^teI verwenden sum Abtransport deF Schadstoffe in dem Blut ü®m Patienten, Das Dialyeeverfaiirofl lä&% sich ©ine erforderliche Zeit lang durchfuhren» Die Pumpe wird dabei auf einer Temperatur von 370C gehalten, was durch eine WfirmeregullerungsflüBsigkeit
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erreicht wird, die durch den Wärmeaustauschmantel 82 geschickt wird. Sie läßt sich zum Speichern zwischen aufeinanderfolgenden Dialysevorgängen gefrieren, so daß die Pumpe nicht nach jedem Gebrauch wieder gesäubert werden muß.
Bei Verwendung der Bluttransportpumpe zur Säuerstoffbeladung von Blut wird eine übliche semipermeable Silikongummimembran verwendet, welche für Sauerstoff und Kohlendloxyd durchlässig 1st. Es können auch andere Materlallen für die Membran verwendet werden, etwa ein Dimethylsilikonpolykarbonatblock-Mischpolymer. Als Sekundärströmungsmittel wird üblicherweise Sauerstoffgas verwendet mit einer Menge Kohlendloxyd, welches durch den Ringraum 71* fließt. Der Blutkreislauf durch die Pumpe erfolgt in gleicher Weise wie bei der Blutdialyse. Da die Mebran für Sauerstoff und Kohlendioxydgas frei durchlässig ist, tritt Sauerstoff durch die Membran in das Blut ein und Koholendloxyd wird von diesem in den Ringraum 74 abgegeben.
Mit einem Rotorblock 43 von etwa IO cm Durchmesser und einer Länge von 20 cm ergibt sich eine genügende Membranfläche, um bei einem Erwachsenen bei einer Drehzahl der Pumpe von 100 ü/mln eine kontinuierliche Blutwäsche durchzuführen. Eine derart große Maschine läßt sich bei Verwendung zur Sauerstoffbeladung von Blut vorbereitend für Transplantationen verwenden, etwa eines Herzens oder einer Niere. Erforderlichenfalls kann das Blut mit Wasser oder Freon auf gewöhnlich 28°C abgekühlt werden. Natürlich läßt sich auch wärmeres Wasser verwenden, um erforderlichenfalls das Blut wieder anzuwärmen. Die Pumpe speichert geringe Mengen des Blutes eines Patienten, was von Vorteil ist, da dadurch der Blutverlust in kritischen Situationen gering gehalten wird. Man kann auch die permeable Membran 4o am Ende einer Behandlung etwas ausdrücken, um den Blutverlust welter zu verringern.
Die Bluttransportpumpe nach der Erfindung läßt sich durch Austauschen der Rotorhülse Ί3 schnell für verschiedene Anwendungsgebiete herrichten.
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Claims (3)

  1. Patentansprüche
    siutbenandlungspumpe, gekennzeichnet durch einen ssyUndrischen Bator (JiJ) t 4er an «einer Mantelfläche eine Anzahl Nuten (£6) aufweist» die mit einem Einlaß (19) und einen Auslaß (19) für ein Blytbehandlungsmiijtel verbunden sind> durch eine die Mantelfläche des» Rotors umgebende permeable Membran (**o), durch eine aaial exzentrische Lagerung des Rotors in einem etwas größeren Innenraum eines,Statorgehäuses (23, 3Sh und durch einen Bluteinlaß (8O5 Sl, 83, U8) sowie einen Blufcauslaß (86t 87, 80, 105) in dem d@n kleinsten Abstand zwischen Statorgeh^iuse und Rotor aufweisenden Bereich (75).
  2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Nuten (%) achsparallel verlaufen«
  3. 3. Pumpe nach Anspruch 1 oder .3, dadurch gekennzeichnet , daß dev Bptor eine Rotorhülse (3*0 umfaßt, in deren Mantelfläche die Nuten (36) eingearbeitet sind» und daß im Bereich der Enden der Nuten $trömungsleitscheiben (62, 63) mit der Rotorhülse (^) dicht sitzend vwöunden sind und auf einer Welle (11) befestigt sjnö, und daß die §t?rthnungsleitscheiben mindestens einen Radialkana} (SH>* $$) aufweisen» die Jeweils mit; einer naon außen fönenden Bohrung (12) in der Welle (11) in Verbindung stehen» wobei diese bohrungen den Einlaß baw. Auslaß fQy das. 3lutb.ehandlungsmlttel bilden.
    4. Pumpe nach Anspruch 3, dad uran gekennzeichnet, daß die Strämungaloitscheiben (62, $}) an ihrem
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    äußeren Umfang Dichtungsringe (93, 94; 97, 98) tragen, die innen an der Rotorhülse (3*0 anliegen.
    5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß an Jeder Strömungsleitscheibe (62,
    63) außen eine Stirnscheibe (44 bzw. 45) befestigt ist, die an der Stirnkante der Rotorhülse (3*0 fest anliegt.
    6. Pumpe nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran (1IO) über Stirnbereiche (38, 39) gespannt und durch in die Innenwand der Rotorhülse (3*1) eingepaßte Preßringe (41 bzw. 42) festgespannt ist.
    7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz für die Preßringe (41, 42) aus der Wand der Rotorhülse (34) ausgeschnitten 1st und daß die innere Mantelfläche der Preßringe (41, 42) bündig mit der inneren Mantelfläche der Rotorhülse (34) ist.
    8. Pumpe nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Welle (11) als Hohlwelle ausgebildet 1st, die an mindestens einer Stelle mit einer Sperrwand (72, 73) versehen ist.
    9. Pumpe nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch Pluiddichtungsringe (50, 51), die in einer Durchmesserebene mit Druck an den angrenzenden Stirnbereichen des Rotors anliegen und mit ihrer Mantelfläche gegen das StatorgehSuse abgedichtet sind.
    10. Pumpe nach Anspruch 9» dadurch gekennzeloh net, daß die Mantelfläohe der Dichtungsringe (50, 51) einen Dichtungsring (103, 104) trägt.
    11. Pumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn-
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    Xi
    zeichnet , daß die Dichtungsringe (50, 51) über Federn (60, 61) Jeweils an einem gehäusefesten und herausnehmbaren Stützring (54 bzw. 55) unter Spannung gehalten sind.
    12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Stützringe (51J, 55) durch Sprengringe (56, 57) in ihrer fcage gehalten sind.
    13. Pumpe nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Statorgehäuse von einem Wärmeaustauschmantel (82) umgeben ist, der mit einem Einlaß und einem Auslaß für ein Wärmetransportmittel versehen ist.
    1*». Pumpe nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenfläche des Statorgehäuses (23) mit zwei achsparallelen Verteilernuten (118, 109) versehen ist, und daß die eine Verteilernut (118) mit einem Bluteinlaßstutzen (80) und die andere Verteilernut (109) mit einem Blutauslaßstutzen (86) verbunden ist.
    15. Pumpe nach Anspruch I1I, dadurch gekennzeichnet , daß die Verteilernuten (113, 109) über mehrere Rohrstutzen (83 bzw. 88) mit einem Verteilerkanal (81 bzw. 87) verbunden sind, der mit den zugeordneten Stutzen in Verbindung steht.
    16. Pumpe nach Anspruch 1 bJ(.s 15, gekennzeichnet durch Verstelleinrichtungen (21I, 26, 28, 30) für die Exzentrizität des Rptors in Bezug auf das Statorgehäuse.
    17. Pumpe nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Exzentrizität und die Drehzahl eo gewählt sind, daß in dem Bereich (75) des Ringraumes (71I), der die kleinste Spaltdicke aufweist), eine laminare
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    Strömung herrscht, und daß in dem die größte Dicke aufweisenden Bereich (78) des Ringraumes (7*0 eine mindestens teilweise turbulente Strömung herrscht.
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