DE69114306T2

DE69114306T2 - Flüssigkeitspumpe mit schwebendem laufrad.

Info

Publication number: DE69114306T2
Application number: DE69114306T
Authority: DE
Inventors: Harold D Kletschka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2011-08-24
Also published as: ATE129640T1; MX9100875A; WO1992006297A1; EP0591208A1; AU8762691A; US5055005A; DE69114306D1; EP0591208B1; ES2079681T3; EP0591208A4

Description

UMFELD DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmittelpumpe mit einem Laufrad, und insbesondere eine Strömungsmittelpumpe mit einem durch örtlich entgegengerichtete Strömungsmittelkräfte schwebenden Laufrad. Das Schweben des Laufrades durch Strömungsmittelkräfte ermöglicht eine Umwandlung mit hohem Wirkungsgrad von Energie in Nutzarbeit. So kann eine verhältnismäßig kleine Energiequelle verwendet werden, und die Lebensdauer der Energiequelle verlängert sich entsprechend. Ferner werden bei Verwendung eines durch elektromagnetische Kräfte angetriebenen schwebenden Laufrades keine Lager und Dichtungen in der Antriebsvorrichtung benötigt, wodurch eine Wärmeentwicklung und eine Leckage, wie sie bei anderen Rotationspumpen-Erfindungen auftreten, vermieden werden. Derartige Betrachtungen können beim Pumpen physiologischer Strömungsmittel, wie zum Beispiel Blut, von entscheidender Bedeutung sein.
Zum beschriebenen Stand der Technik zählt eine große Anzahl von Vorrichtungen zum Pumpen von Strömungsmitteln, wie zum Beispiel Peristaltikpumpen, Bewegungsmembran-Pumpen, Pumpen des Kolbentyps und Zentrifugal- oder Rotationspumpen. Im allgemeinen umfaßt eine Rotationspumpe eine Pumpenkammer mit Einlaß- und Auslaßöffnungen und ein in der Pumpenkammer angebrachtes Laufrad zur Drehung um eine Achse. Häufig ist das Laufrad auf eine Welle montiert, die durch eine oder mehrere Dichtungen und durch eine Lagervorrichtung zu einem Drehantrieb außerhalb der Pumpenkammer verläuft. Rotationspumpen mit auf einer Welle montierten Laufrädern mit Wellendichtungen werden in folgenden U.S.-Patenten beispielhaft beschrieben: Dorman et al. U.S.-Patent Nr. 3,608,088; Rafferty et al. U.S.-Patent Nr. 3,647,324; Reich et al. U.S.-Patent Nr. 4,135,253; Clausen et al. U.S.-Patent Nr. 4,589,822; Moise U.S.-Patent Nr. 4,704,121; Kletschka U.S.-Patent Nr. 4,844,707. Wellendichtungen unterliegen Verschleiß und begünstigen die Wärmeentwicklung, was zu einer Leckage und bei Blutpumpen zu Thrombose erzeugenden (Bildung eines Blutgerinnsels) Problemen führen kann.
Andere Pumpenerfindungen verwenden Flüssigkeitslager oder hydrostatische Lager, um Wärmeentwicklung zu verringern und/oder Wärme abzuleiten und Reibungskräfte bei der Drehung der Welle und/oder des Laufrades zu verringern. Bei diesen Erfindungen wird Flüssigkeit oder Gas in enge Zwischenräume zwischen der Welle und verschiedenen Lageranordnungen oder zwischen dem Laufrad und dem Laufradgehäuse gedrängt. Die bei diesen Erfindungen erzeugten verhältnismäßig dünnen Flüssigkeits- bzw. Gasfilme sind dennoch hohen Schubkräften und einer inkrementellen Wärmeentwicklung ausgesetzt. Die folgenden U.S.-Patente beschreiben beispielhaft die Verwendung derartiger Flüssigkeitslager bzw. hydrostatischer Lager: Prindle U.S.-Patente Nr. 845,816 und Nr. 888,654; Anderson U.S.-Patent Nr. 2,864,552; Baker et al. U.S.-Patent Nr. 3,122,101; Kambe et al. U.S.-Patent Nr. 4,475,866.
Es wäre daher ein deutlicher technischer Fortschritt, eine Rotations-Strömungsmittelpumpe mit einem frei drehbaren, in dem Pumpenströmungsmittel eingetauchten und durch örtliche Strömungsmittelkräfte aufgehängten bzw. in der Schwebe gehaltenen Laufrad zu schaffen. Dies würde eine Laufrad-Antriebswelle mit ihren dazugehorigen Dichtungen und Lagern überflüssig machen. Olsen et al. U.S.-Patent Nr. 4,688,998 offenbart eine Blutpumpe mit einem magnetisch aufgehängten und gedrehten Laufrad. Während diese Erfindung ohne Laufrad-Antriebswelle, Lager und Dichtungen auskommt, ist elektrische Energie nicht nur zum Antreiben des Laufrades erforderlich, sondern wird auch benötigt, um das Laufrad in einem schwebenden Zustand zu halten. Ferner benötigt diese Erfindung aufeinander abgestimmte Elektromagnetsätze, Sensoren, Schwebeschaltungen und Abtastschaltungen, die die Lage des Laufrades im Pumpengehäuse kontinuierlich justieren. Es wäre daher ein deutlicher technischer Fortschritt, eine neuartige Pumpenvorrichtung zu schaffen, bei der das Laufrad durch eine selbst-justierende Einrichtung im Pumpenströmungsmittel in der Schwebe und in Position gehalten wird, wodurch es möglich ist, die gesamte Eingangsenergie für die Drehung des Laufrades zu verwenden. Eine solche neuartige Pumpenvorrichtung wird in der vorliegenden Schrift offenbart und beansprucht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird eine Rotationspumpe offenbart, bestehend aus einem eine Pumpenkammer mit einer Pumpenkammer- Einlaßöffnung und einer Pumpenkammer-Auslaßöffnung definierenden Gehäuse; einem in der Pumpenkammer angeordneten drehbaren Laufrad zur Drehung um eine Achse; einer polarisierten Elektromagneteinrichtung zum Drehen des Laufrades um die Achse; und einer Einrichtung zum Zuführen eines Strömungsmittels aus einem Hochdruckbereich am Umfang des Laufrades und zum Abgeben des Strömungsmittels in entgegengesetzte Richtungen in einem Niederdruckbereich nahe der Achse des Laufrades, wodurch das Laufrad in der Pumpenkammer in der Schwebe gehalten und stabilisiert wird.
Das Laufrad kann aus verschiedenen Werkstoffen gebildet sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Laufrad eine ähnliche Dichte wie die des gepumpten Strömungsmittels aufweisen, wodurch der Schwebezustand und die Stabilisierung des Laufrades in dem gepumpten Strömungsmittel erleichtert wird.
Das Laufrad kann abhängig von der jeweiligen Pumpenanwendung verschiedene Formen annehmen und mit oder ohne Radschaufeln ausgeführt sein. Das Laufrad kann massiv sein oder einen inneren, mit Strömungsmittel gefüllten und mit der Pumpenkammer oder mit den Pumpenkammer-Einlaßöffnungen und/oder der Pumpenkammer-Auslaßöffnung in Verbindung stehenden Raum aufweisen. Das Laufrad kann nahe seiner Achse in Verbindung mit den Pumpenkammer-Einlaßöffnungen stehende entgegengesetzte Einlässe und an seinem Umfang in Verbindung mit der Pumpenkammer-Auslaßöffnung stehende entgegengesetzte Auslässe aufweisen. Das Laufrad kann in Axialrichtung verlaufende Halsteile aufweisen. Eine das Laufrad in der Schwebe haltende Einrichtung kann Leitungen umfassen, die ihren Ursprung nahe der Pumpenkammer-Auslaßöffnung haben und in verschiedenen Anordnungen nahe des axial verlaufenden Halsteils bzw. der axial verlaufenden Halsteile des Laufrades enden.
Eine polarisierte Elektromagneteinrichtung zum Drehen des Laufrades kann im Umfang des Pumpengehäuses Leiterdrahtwicklungen umfassen, die mit im Umfang des Laufrades untergebrachten Permanentmagneten elektromagnetisch gekoppelt sind.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels. Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 2;
Fig. 3 ist eine Teil-Querschnittsansicht des Laufrades und des Pumpengehäuses mit einer der Ausrichtung von Fig. 2 entsprechenden Ausrichtung;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines nicht-spiralförmigen Ausführungsbeispiels der in Fig. 2 dargestellten Erfindung;
Fig. 5 ist eine Ansicht eines massiven Laufrades mit Außenflächen-Radschaufeln;
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines Laufrades mit inneren Radschaufeln entlang der Linie 6-6 von Fig. 6;
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist eine Ansicht eines massiven Laufrades ohne Außenflächen-Radschaufeln;
Fig. 11 ist eine vereinfachte Ansicht einer Leitung/Auslaßöffnung-Verzweigung entlang der Linie 4-4 von Fig. 4;
Fig. 12 ist eine vereinfachte Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Leitung/Auslaßöffnung-Verzweigung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ist eine vereinfachte Ansicht eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels der Leiter/Auslaßöffnung-Verzweigung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 ist eine Teilansicht des axial verlaufenden Halsteils des Laufrades mit einem dazugehörigen distalen Ende einer Leitung;
Fig. 16 ist eine Teilansicht eines axial verlaufenden Halsteils des Laufrades mit einem alternativen Ausführungsbeispiel des distalen Endes einer Leitung;
Fig. 17 ist eine Teilansicht des axial verlaufenden Halsteils des Laufrades mit einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel des distalen Endes einer Leitung.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 veranschaulicht das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Pumpe 10 der vorliegenden Erfindung. Die Pumpe umfaßt ein eine Pumpenkammer 14, durch die ein Strömungsmittel gepumpt wird, definierendes Pumpengehäuse 12, ein Laufrad 16 und eine Einrichtung 18, die Strömungsmittel von einem Hochdruckbereich 20 nahe dem Umfang des Laufrades her zuführt und in einem Niederdruckbereich 21 nahe der Achse 22 des Laufrades 16 abgibt. Das Pumpengehäuse kann aus zwei oder mehreren Einzelteilen gebildet sein, die durch Befestigungselemente 24 miteinander verbunden sind, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Alternativ hierzu kann das Pumpengehäuse aus einem einzigen Stück nahtloser Konstruktion gebildet sein. Das Pumpengehäuse 12 definiert ferner Pumpenkammer-Einlaßöffnungen 26 und eine Pumpenkammer-Auslaßöffnung 28. Das in Fig. 1 veranschaulichte Ausführungsbeispiel weist zwei Punpenkammer Einlaßöffnungen 26 und eine einzelne Pumpenkammer-Auslaßöffnung 28 auf. Das Gehäuse 12 könnte jedoch so gestaltet sein, daß es eine einzelne Einlaßöffnung oder mehr als zwei Einlaßöffnungen und/oder mehrere Auslaßöffnungen aufweist. Weitere Ausbildungen der Pumpenkammer-Einlaßöffnungen und Pumpenkammer-Auslaßöffnungen für verschiedene Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann offensichtlich sein. Der Umfang des Pumpengehäuses 12 beherbergt Eelektromagnet-Drahtwicklungen 30 zum Drehen des Laufrades 16 um die Laufradachse 22. Fig. 3 stellt ein Ausführungsbeispiel der Elektromagnet- Drahtwicklungen 30 dar, das in der Umfangsstruktur des Pumpengehäuses 12 in regelmäßigen Abständen voneinander befindliche Wicklungen aufweist. Bei dem in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Drahtwicklungen 30 elektromagnetisch mit in der Umfangsstruktur des Laufrades 16 untergebrachten Permanentmagneten 32 gekoppelt. Die durch das Pumpengehäuse definierte Pumpenkammer kann spiralförmig, wie in Fig. 2 dargestellt, oder nicht-spiralförmig, wie in Fig. 4 dargestellt, sein. Die relativen Positionen 34 der Elektromagnet-Wicklungen 30 in bezug auf das Laufrad könnte jedoch in beiden Fällen gleich sein, wie in den Figuren 2 und 4 dargestellt. Für den Fachmann sind weitere Konfigurationen einer Elektromagneteinrichtung zum Drehen des Laufrades um eine Achse offensichtlich.
Fig. 1 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Laufrades 16 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Laufrad 16 axial entgegengesetzte, mit den Pumpenkammer-Einlaßöffnungen 26 in Verbindung stehende Einlässe 36 sowie an seinem Umfang mit der Pumpenkammer 14 in Verbindung stehende und somit mit der Pumpenkammer-Auslaßöffnung 28 in Verbindung stehende entgegengesetzte Auslässe 38 auf. Im Betrieb fließt das Strömungsmittel von den Pumpenkammer-Einlaßöffnungen 26 in die entgegengesetzten Einlässe 36 des Laufrades 16. Aufgrund von Schubkräften, die zwischen den Innenwänden des drehenden Laufrades 16 und dem Strömungsmittel sowie zwischen den Molekülen und Partikeln des Strömungsmittels wirken, wird das Strömungsmittel beschleunigt. Aufgrund von in dem beschleunigten Strömungsmittel wirkenden Zentrifugalkräften überträgt das aus den Laufradauslässen 38 austretende Strömungsmittel Strömungsmittelkräfte in Umfangs- und Radialrichtung auf das Strömungsmittel in der Pumpenkammer 14. Ähnlich gerichtete Strömungsmittelkräfte werden durch zwischen den Außenflächen 40 des Laufrades 16 und dem Strömungsmittel wirkende Schubkräfte erzeugt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Laufrad entgegengesetzte axial verlaufende Halsteile 42, die die entgegengesetzten Einlässe umfassen, wie in den Figuren 1, 5, 6, 8, 9, 10 und 14 dargestellt. Derartige Halsteile könnten das Schweben des Laufrades durch Vorsehen von in geeigneter Weise geführten Flächen begünstigen, auf denen die Strömungsmittel-Levitationskräfte gerichtet werden können. Zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung, des schwebenden Laufrades durch örtliche Strömungsmittelkräfte, sind jedoch zahlreiche weitere Ausbildungen des Laufrades 16 möglich. Beispielsweise könnte die gesamte Reibungskraft zwischen dem Laufrad 16 und dem Strömungsmittel durch Vorsehen zusätzlicher, quer zur Drehachse gerichteter Abtrennungen bzw. Trennwände im Laufrad 16 erhöht werden. Alternativ hierzu könnte das Laufrad 16 mit Förderkanälen versehen sein, die von den Laufradauslässen 38 bis zu einem Bereich in allgemeiner Nähe der Mitte des Inneren des Laufrades 16 verlaufen. Derartige Förderkanäle sind in Rafferty et al., Minnesota Medicine 51: 191-193 (1968) beschrieben. Als weiteres alternatives Ausführungsbeispiel könnten Radschaufeln 44 verschiedener Ausbildungen an der Außenseite des Laufrades 16, wie in Fig. 5 dargestellt, oder an der Innenseite des Laufrades, wie in den Figuren 6, 7, 8 und 9 dargestellt, angeordnet sein. Im allgemeinen werden bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Erfindung zum Pumpen physiologischer Strömungsmittel, zum Beispiel Blut, verwendet wird, Radschaufeln und andere Strukturen, die potentiell fähig sind, Turbulenzen und/oder übermäßige Schubkräfte zu erzeugen, vermieden. Die Erfindung ist jedoch zum Pumpen jeglicher Strömungsmittel (Flüssigkeit oder Gas) immer dann geeignet, wenn die Vorteile eines schwebenden Laufrades durch örtliche Strömungsmittelkräfte erwünscht sind. Bei derartigen Ausführungsbeispielen können Radschaufeln und andere Strukturen, die so gestaltet sind, daß sie die durch das Laufrad erzeugten Schubkräfte vergrößern, nützlich sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die durch bloßes Zusammenwirken des Strömungsmittels mit der drehenden Außenfläche des Laufrades erzeugten Strömungsmittelkräfte für den beabsichtigten Zweck bzw. die beabsichtigten Zwecke ausreichend sein. Bei derartigen Ausführungsbeispielen könnte das Laufrad 16 "massiv" sein, das heißt es könnte ohne innere, über Laufradeinlässe und Laufradauslässe mit der Pumpenkammer in Verbindung stehende Hohlräume auskommen. Die Figuren 5 und 10 stellen Beispiele derartige "massiver" Laufräder dar. Zu den "massiven" Laufrädern der vorliegenden Erfindung könnten auch Laufräder mit inneren Hohlräumen zum Justieren der Laufraddichte zählen, jedoch würden derartige Hohlräume nicht mit der Pumpenkammer in Verbindung stehen.
Für biologische oder medizinische Anwendungen wäre es nützlich, wenn auch nicht erforderlich, wenn das Laufrad 16 eine ähnlich Dichte wie das gepumpte Strömungsmittel aufwiese. Es ist jedoch bei allen Anwendungen und unabhängig von der Dichte des Laufrades 16 lediglich erforderlich, daß die Strömungsmittel-Levitationskräfte ausreichen, um den auf das Laufrad 16 wirkenden Gravitations- und Trägheitskräften entgegenzuwirken. Diese Erfindung könnte in biologischer und medizinischer Hinsicht sowohl in der Humanmedizin als auch in der Tiermedizin Anwendung finden. In ähnlicher Weise könnte die Erfindung ex vivo (außerhalb des Körpers) oder in vivo (innerhalb des Körpers) angewandt werden.
Wie in der das bevorzugte Ausführungsbeispiel darstellenden Figur 1 zu sehen, besteht eine Einrichtung 18, die Strömungsmittel von einem Bereich höheren Strömungsmitteldrucks 20 nahe dem Umfang des Laufrades 16 her zuführt und in einem Bereich niedrigeren Strömungsmitteldrucks 21 abgibt, um das Laufrad 16 durch Strömungsmittel-Levitationskräfte zu stabilisieren, aus Leitungen 46, die von der Pumpenkammer- Auslaßöffnung 28 abgehen. Die Leitung/Auslaßöffnung-Verzweigung muß so gestaltet sein, daß die Bestrebung des in der Leitung befindlichen Strömungsmittels, sich entsprechend dem Bernoulli-Gesetz eher in Richtung des Strömungsmittel-Flußbereiches höheren Drucks in der Auslaßöffnung zu bewegen als sich von diesem Bereich wegzubewegen, überwunden wird. Wie in Fig. 1, in den Seitenansichten der in den Figuren 2 und 4 dargestellten Erfindung 10 und in der in Fig. 11 dargestellten Teilansicht der Leitung/Auslaßöffnung-Verzweigung 47 zu sehen, kann die Leitung 46 von der Auslaßöffnung 28 tangential zur Richtung des Strömungsmittelflusses in der Auslaßöffnung abgehen, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Alternativ hierzu können, wie in Fig. 12 dargestellt, in der Verzweigung Ablenker 48 angeordnet sein, um eine Ablenkung des Strömungsmittelflusses in die Leitungen 46 zu erleichtern. Bei einem weiteren, in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Durchmesser der Auslaßöffnung "stromabwärts" von der Verzweigung 47 kleiner sein als der Durchmesser der Auslaßöffnung "stromaufwärts" der Verzweigung 47. Wie in Fig. 13 dargestellt, könnten die Leitungen 46, je nach dem Verhältnis der Durchmesser der Ausgangsöffnung 28 auf den beiden Seiten der Verzweigung 47, von der Auslaßöffnung 28 senkrecht (Fig. 13) zur Richtung des Strömungsmittelflusses in der Auslaßöffnung 28 oder sogar in einer zur Richtung des Strömungsmittelflusses in der Auslaßöffnung 28 entgegengesetzten Richtung abgehen. Dem Fachmann werden weitere Gestaltungen der Leitung/Auslaßöffnung-Verzweigung zum Überwinden einer ungünstigen Strömungsmittel-Flußdynamik aufgrund des Bernoulli-Gesetzes offensichtlich sein. Überall dort, wo nach dem Bernoulli-Gesetz die Strömungsmittel-Flußdynamik nicht optimal ist, können in sämtlichen Strömungsmittel-Flußbereichen der Erfindung ähnliche Gestaltungen wie oben beschrieben verwendet werden.
Wie in den Figuren 1, 6, 8, 9 und 14 dargestellt, können die Leitungen 46 von getrennten Stellen 50 der Auslaßöffnung 28 abgehen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können die Leitungen von einem gemeinsamen Ableitungsbereich der Auslaßöffnung oder von einer getrennten Stelle bzw. von getrennten Stellen eines beliebigen, in sinnvoller Nähe zu einem Bereich höheren Strömungsmitteldrucks befindlichen Bereiches des Pumpengehäuses 12 abgehen. Bei weiteren alternativen Ausführungsbeispielen kann der Strömungsmitteldruck in den Leitungen 46 durch eine separate Quelle aufgebaut werden, wie zum Beispiel durch eine Ableitung aus einer Arterie in die Leitung oder eine separate Pumpe bzw. Druckquelle. Wie in den Figuren 1, 6, 8 und 14 dargestellt, können die Leitungen in einem Bereich außerhalb des Pumpengehäuses verlaufen. Wie in Fig. 8 dargestellt, können die Leitungen alternativ innerhalb der Wände des Pumpengehäuses verlaufen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel endet jede Leitung 46 in einer drei Strömungsmittel- Düsenöffnungen 52 definierenden Anordnung, wobei sich die Strömungsmittel-Düsenöffnungen 52 in einem Strömungsmittel- Niederdruckbereich in der Pumpenkammer-Einlaßöffnung 26 nahe dem axial verlaufenden Halsteil 42 des Laufrades 16 befinden. Die aus den in Fig. 1 dargestellten drei Strömungsmittel-Düsenöffnungen 52 auf beiden Seiten des Laufrades 16 herausströmenden Strömungsmittelstrahlen bilden eine Strömungsmittelebene bzw. einen Strömungsmittelkreis mit einer Ausrichtung, die verhindert, daß sich das Laufrad 16 in der Axial- bzw. Radialrichtung bewegt und die Wände des Pumpengehäuses 12 bzw. die distalen Enden der Strömungsmittel-Düsenöffnungen 52 berührt. Abhängig von der Form des Laufrades und der Strömungsmittel-Flußdynamik der jeweiligen speziellen Ausführungsbeispiele der Erfindung könnte jede Leitung 46 in mehr als drei Strömungsmittel-Düsenöffnungen enden. Bei den oben beschriebenen Konfigurationen und bei weiter unten beschriebenen alternativen Ausführungsbeispielen sind die Strömungsmittel-Düsenöffnungen so ausgerichtet, daß die Strömungsmittel-Levitationskräfte selbst-justierend sind. Eine Änderung einer korrigierenden Kraft erfolgt also automatisch durch die geringste Lageverschiebung des Laufrades. Alternativ könnten die Leitungen 46 und/oder die Strömungsmittel-Düsenöffnungen 52 mit Sensoren und Strömungsmittelfluß-Reguliereinrichtungen ausgestattet sein, um die geringste Lageverschiebung des Laufrades 16 auszugleichen bzw. den Ausgleich dieser Lageverschiebung zu unterstützen. Wie in Fig. 1 dargestellt, können die Strömungsmittel-Düsenöffnungen 52 in die Pumpenkammer 14 hineinragen oder, wie in Fig. 8 dargestellt, in einer Ebene mit der Innenwand des Gehäuses 12 liegen. Alternativ hierzu kann eine Kombination aus herausragenden und nicht herausragenden (in gleicher Ebene liegenden) Strömungsmittel-Düsenöffnungen verwendet werden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, können die Strömungsmittel- Düsenöffnungen 52 mindestens drei verschiedenen Zweigen 54 jeder Leitung 46 zugeordnet sein. Alternativ hierzu lassen sich die Strömungsmittel-Düsenöffnungen 52 in das distale Ende einer Leitung 46 einbringen, das so gestaltet ist, daß es das axial verlaufende Halsteil 42 des Laufrades 16 teilweise (Fig. 15) oder vollständig (Figuren 16 und 17) umfaßt. Wie in den Figuren 15 und 16 dargestellt, können die Strömungsmittel-Düsenöffnungen 52 aus verschiedenen Öffnungen in der distalen Struktur 56 der Leitung 46 gebildet sein. Alternativ hierzu könnte die gesamte Innenfläche der distalen Struktur der Leitung so gestaltet sein, daß sie, wie in Fig. 17 dargestellt, eine einzige durchgehende, am Umfang verlaufende Düsenöffnung 52 geeigneter Größe, Lage und Ausrichtung bildet.
Die Struktur des Laufrades 16 könnte zur Aufnahme weiterer alternativer Ausbildungen der Leitungen und der dazugehörigen Strömungsmittel-Düsenöffnungen modifiziert werden. Wie in Fig. 9 dargestellt, könnten beispielsweise Levitations- Strömungsmittelstrahlen an die Struktur 58 in den Laufradeinlässen 36 abgegeben werden. Alternativ hierzu könnten die Levitations-Strömungsmittelstrahlen, wie in Fig. 14 dargestellt, an einen konkaven Flächenbereich 60 eines kegelstumpfförmigen Kappenteils 62 abgegeben werden, welches zur distalen Struktur des axial verlaufenden Halsteils 42 des Laufrades 16 gehört. Dem Fachmann sind verschiedene weitere Konfigurationen von Leitungen und Strömungsmittel-Düsenöffnungen zur Levitation und Stabilisierung des Laufrades der vorliegenden Erfindung offensichtlich.
Die Pumpen der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt auf medizinischem Gebiet zum Pumpen von Blut angewandt, obwohl die Erfindung des schwebenden Laufrades durch örtliche Strömungsmittelkräfte auch bei zahlreichen anderen medizinischen und nicht-medizinischen Pumpenanwendungen nützlich ist. In der Humanmedizin ist unbekannt, ob für eine optimale kurzfristige bzw. langfristige klinische Effizienz einer künstlichen Blutpumpe ein pulsierender Blutstrom erforderlich ist. Das Laufrad 16 der vorliegenden Erfindung wird am vorteilhaftesten in einem kontinuierlichen, nicht-pulsierenden Modus betrieben. Abhängig von der Anordnung und dem Betrieb der Elektromagneteinrichtung zum Antreiben des Laufrades 16 kann jedoch der Betriebsmodus pulsierend oder sogar intermittierend sein. Ebenso könnten die Levitations-Strömungsmitteldüsen in einem kontinuierlichen, einem pulsierenden oder einem intermittierenden Modus betrieben werden. Alternativ hierzu könnte der Betrieb des Laufrades und der Levitations-Strömungsmitteldüsen zwischen kontinuierlichem, pulsierendem und intermittierendem Modus oder zwischen einer Kombination dieser Modi wechseln, je nach der Struktur und dem beabsichtigten Einsatz der jeweiligen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Für den Fachmann werden die geeigneten Betriebsmodi offensichtlich sein.

Claims

1. Strömungsmittelpumpe, umfassend

a. ein eine Pumpenkammer (14), eine Pumpenkammer-Einlaßöffnung (26) und eine Pumpenkammer-Auslaßöffnung (28) definierendes Gehäuse (12),

b. ein in der Pumpenkammer (14) angeordnetes, um eine Achse (22) drehbares Laufrad (16), und

c. eine polarisierte Elektromagneteinrichtung (30) zur Drehung des Laufrades (16) um die Achse (22), gekennzeichnet durch

d. eine Einrichtung (46), die Strömungsmittel vom Umfang des Laufrades (16) her zuführt und nahe der Achse (22) des Laufrades (16) in entgegengesetzten Richtungen abgibt, um das Laufrad (16) durch Strömungsmittel-Levitationskräfte zu stabilisieren.

2. Strömungsmittelpumpe nach Anspruch 1, wobei das Laufrad (16) nahe seiner Achse (22) mit der Pumpenkammer-Einlaßöffnung (26) in Verbindung stehende entgegengesetzte Einlässe (36) und in Abstand von diesen an seinem Umfang mit der Pumpenkammer-Auslaßöffnung (28) in Verbindung stehende entgegengesetzte Strömungsmittel-Auslässe (38) aufweist.

3. Strömungsmittelpumpe nach Anspruch 2, wobei das Laufrad (16) in Axialrichtung verlaufende entgegengesetzte Halsteile (42) aufweist, wobei der proximale Abschnitt jedes Halsteils (42) an einer mittleren Axialfläche des Laufrades (16) befestigt und gegenüber dieser zentriert ist, und wobei das distale Ende jedes Halsteils (42) in der jeweils benachbarten Pumpenkammer-Einlaßöffnung (26) untergebracht ist.

4. Strömungsmittelpumpe nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung (46), die Strömungsmittel vom Umfang des Laufrades her zuführt und zur Stabilisierung des Laufrades durch Strömungsmittel-Levitationskräfte abgibt, aus Leitungen besteht, die von der Pumpenkammer-Auslaßöffnung (28) ausgehen und deren jede in einer Anordnung endet, die drei oder mehr Strömungsmittel-Düsenöffnungen (52) innerhalb der Pumpenkammer-Einlaßöffnung (26) nahe dem axial verlaufenden Halsteil (42) des Laufrades (16) bildet.

5. Strömungsmittelpumpe nach Anspruch 4, wobei das Laufrad (16) ein am distalen Ende jedes axial verlaufenden Halsteils (42) angebrachtes kegelstumpfförmiges Kappenteil (62) mit einer zur Mitte hin konkaven Oberfläche (60) und einer distal konvexen Oberfläche aufweist.

6. Strömungsmittelpumpe nach Anspruch 5, wobei die Strömungsmittel-Düsenöffnungen jeder Leitung in einem von der konkaven Oberfläche des kegelstumpfförmigen Kappenteils (62) begrenzten Bereich der Pumpenkammer-Einlaßöffnung enden.

7. Strömungsmittelpumpe nach Anspruch 1, wobei die Elektromagneteinrichtung in der Umfangsstruktur des Pumpengehäuses (12) untergebrachte Leiterdrahtwicklungen (30) aufweist, die mit einem oder mehreren in der Umfangsstruktur des Laufrades (16) untergebrachten Magneten (32) elektromagnetisch gekoppelt sind.

8. Strömungsmittelpumpe nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zur Regulierung der Strömungsmittelabgabe in Richtung des Laufrades (16).

9. Verfahren zum Stabilisieren der Lage eines in Strömungsmittel in einer Pumpenkammer (14) schwimmenden, mit einer Drehachse (22) versehenen Laufrades (16), wobei die Pumpenkammer (14) eine Pumpenkammer-Einlaßöffnung (26) und eine Pumpenkammer-Auslaßöffnung (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Strömungsmittel vom Umfang des Laufrades (16) her zugeführt und nahe der Achse (22) des Laufrades (16) in entgegengesetzten Richtungen in die Pumpenkammer (14) abgegeben wird, um die Lage des Laufrades (16) in der Pumpenkammer (14) durch Strömungsmittel-Levitationskräfte zu stabilisieren.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Strömungsmittelabgabe in Richtung des Laufrades (16) reguliert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Dichte des Laufrades (16) ähnlich der des Strömungsmittels ist.