AT376887B - Rotationspumpe zur verwendung als blut- und herzpumpe - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe zur Verwendung als Blut- und Herzpumpe in der
Art einer Trochoidkreiskolbenpumpe, die bei einer 1 : 2 Übersetzung mit einer einbogigen trochoidenförmigen Mantellaufbahn und einem auf einem Exzenter einer Exzenterwelle umlaufenden zweieckigen Kolben ausgestattet ist, wobei die Antriebseinheit, bestehend aus Elektromotor und
Getriebe, bevorzugt ausserhalb der Pumpe untergebracht ist. 



   Da die Aussenmasse dieser Pumpen gering sind, können sie überall dort eingesetzt werden, wo der minimale Platzbedarf dieser Pumpen eine funktionelle Notwendigkeit darstellt oder diese als wünschenswert erscheinen lässt. 



   Da diese Rotationspumpen gemäss der erfindungsgemässen Ausgestaltung in der Lage sind, auch über berührungslose Dichtstellen das Fördergut in Form einer Spaltdichtung abzudichten, können sowohl Emulsionen als auch Suspensionen bei Pumpfrequenzen von zirka 200 Umdr/min unter minimalem Stress weitergefördert werden. Diese schonende Pumpweise ergibt eine spezielle Einsatz- möglichkeit solcher Rotationspumpen zu deren Verwendung als Blut- und Herzpumpen. Diese Pumpen können auch als implantierbare Herzpumpen eingesetzt werden, um in Verbindung mit der Erhaltung der Lebensfunktion Blut in einem menschlichen oder tierischen Körper zu pumpen, wobei eine oder mehrere Pumpfunktionen des Herzens zum Teil oder zur Gänze übernommen werden. 



   Beim derzeitigen Stand der Herzpumpentechnik besteht die Tendenz zur Entwicklung pulsatil arbeitender und implantierbarer Blutpumpen dahingehend, dass Membranblutpumpen mittels Druck- platten mechanisch betätigt werden, wobei die Kraftübertragung zwischen der Druckplatte und der Pumpenmembran meist hydraulisch erfolgt und die mechanische Bewegung der Druckplatte durch einen elektromechanischen Antrieb erzeugt wird. 



   Eine weitere derzeitige Entwicklung verfolgt das Ziel, die Membranblutpumpen über Druckplatten mit Hilfe elektromagnetischer Solenoide zu betreiben. 



   Der Nachteil dieser Entwicklungen liegt darin, dass entweder die Antriebseinheiten zu gross geraten und sinnvoll nicht implantierfähig sind oder dass bei entsprechender Kleinheit diese Antriebseinheiten eine zu geringe Pumpleistung haben. 



   Weiters ist aus der DE-OS 2819851 (ident mit FR-PS Nr. 2. 389. 382 sowie US-PS Nr. 4, 296, 500) eine Rotationsblutpumpe in der Art einer Trochoidkreiskolbenpumpe bekannt, welche analog der   Veröffentlichung "Einteilung   der Rotations-Kolbenmaschinen" von F. Wankel eine schon lange bekannte Trochoidkreiskolbenpumpe mit einer 2 : 3 oder einer 1 : 2 Übersetzung im Schlupfeingriff mit äusserer ruhender Arbeitsraumwandung und aussenliegenden Dichtteilen ist ("Einteilung der Rotations-Kolbenmaschinen"-Bauformblatt 16). Der Antrieb dieser   als "Künstliches Herz" bezeichneten   Blutpumpe soll durch einen ausserhalb des Pumpengehäuses befindlichen Elektromotor erfolgen. 



  Der Patentanspruch wird dadurch begründet, dass diese Blutpumpe nicht als schnellaufender Verdichter oder Motor, sondern als langsamlaufende Herzpumpe vorgesehen ist. 



   Des weiteren bezieht sich eine   Publikation"Pulsatile   Flow Blow Pump Based on the Principle of the Wankel   Engine" von N.   Verbinski et   al.,   Journal of Thoracic & Cardiovascular Surgery, vol. 57, Nr. 5, Mai 1969, pp. 753 bis 756 auf eine 2 : 3 übersetzte Wankelmaschine ("Einteilung der Rotations-Kolbenmaschinen", Bauformblatt 18). 



   All diese Rotationspumpen haben als Blutpumpen die negative Eigenschaft, dass sie mindestens eine stationäre Dichtstelle auf der Mantellaufbahn des Gehäusemantels zur vorbeidrehenden Kolbenflanke hin aufweisen, was sich letztlich in einer Schädigung des Blutes auswirkt, da die roten Blutkörperchen zunehmend zerplatzen oder geschädigt werden, wodurch freiwerdendes Hämoglobin in das Blutplasma gelangt und eine krankhafte bis lebensbedrohliche Hämolyse eintritt. 



   Die Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden. 



   Die Rotationspumpe ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenecken als Kreisbögen ausgebildet sind, deren Radius um einen geringen Betrag kleiner ist, als es dem mathematischen Abstand der Äquidistante zwischen der theoretischen Epitrochoide und der trochoidenförmigen Mantellaufbahn entspricht, wobei der Kreismittelpunkt der zu Kreisbögen ausgebildeten Kolbenecken jeweils vom Schnittpunkt der Epitrochoide und der durch beide Kolbenecken verlaufenden Symmetrieachse gebildet wird oder diesem Schnittpunkt möglichst nahe kommt, so dass bei umlaufendem Kolben der Kreismittelpunkt der mit Kreisbögen ausgestatteten Kolbenecken eine Bahn beschreibt, welche mit der theoretischen Epitrochoide ident oder dieser sehr ähnlich 

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Eine Dichtleiste, deren Lauffläche genau der Epitrochoide folgen würde,

   müsste eine Spitze aufweisen. Um eine Dichtfläche endlicher Breite zu erreichen, führt man die Epitrochoide E 

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 um einen kleinen, konstanten Abstand a grösser aus, wobei-a die Äquidistante zur Epitrochoide --E-- darstellt. Die Gleichung für die um die Äquidistante vergrösserte Trochoide   - Ä-ist :    
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Dabei tritt der Schwenkwinkel t auf, es ist dies der Winkel zwischen dem erzeugenden Radius und der Bahnnormalen.

   Es gilt : 
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 cosFig. 2 zeigt in Detailansicht ein   Kolbeneck --1--,   dessen   Radialdichtleiste --2-- in   bekannter
Weise mit einem Radius in der Grösse der Äquidistante a versehen ist, wobei diese Dichtleiste - auf der um die Äquidistante a vergrösserten   Trochoidenmantelbahn-Ä-in   ständig gleitender Berührung steht. 



   Die Art dieser Abdichtung mit   Radialdichtleiste --2--, Stirnflächendichtung --3-- und   Dicht- bolzen --4-- ist für die Verwendung als Blutpumpe nicht geeignet, da an den berührenden Dicht- stellen eine Hämolyse des Blutes provoziert wird. 



   Untersuchungen haben ergeben, dass der Einsatz für eine direkte Verwendung als Blut- und Herzpumpe möglich ist, wenn das Dichtungsproblem analog der Darstellung in Fig. 3 gelöst wird. 



   Gemäss Fig. 3 sind die Kolbenecken für Blut- und Herzpumpen erfindungsgemäss als Kreisbögen - ausgebildet, deren Radius um einen geringen Betrag kleiner als die Äquidistante   a   ist, welche Äquidistante a dem mathematischen Abstand zwischen der theoretischen Epitrochoide - und der   trochoidenförmigen Mantellaufbahn--Ä--entspricht,   wobei der Kreismittelpunkt der zu Kreisbögen ausgebildeten Kolbenecken jeweils vom Schnittpunkt der Epitrochoide --E-und der durch beide Kolbenecken verlaufenden Symmetrieachse gebildet wird oder diesem Schnittpunkt möglichst nahe kommt, so dass bei umlaufendem Kolben --6-- der Kreismittelpunkt der mit Kreisbögen ausgestatteten Kolbenecken eine Bahn beschreibt, welche mit der theoretischen Epitrochoide --E-- ident oder dieser sehr ähnlich ist,

   wodurch die kreisbogenartigen Kolbenecken zur trochoidenförmigen Mantellaufbahn-Ä-im wesentlichen einen Abstand in Form einer Spaltdichtung beibehalten. 



   Dabei kann in bevorzugter Weise jedes Kolbeneck von einem in den Kolbenkörper eingesetzten Stift, insbesonders von kreisrunden Querschnitt, gebildet werden. Desgleichen weisen die Seitenflächen des Kolbens --6-- zu den Seitenwänden des   Gehäuses --7-- jeweils   einen konstanten Abstand im um-Bereich auf. Des weiteren sei erwähnt, dass bei diesen Blut- und Herzpumpen die mit Kreisbögen versehenen Kolbenecken im Vergleich zu den bekannten Wankelmotoren einen relativ grossen Radius aufweisen können. 



   Da keine kontaktfesten Dichtstellen entstehen, kann der Kolben selber, gleichsam in der Blutflüssigkeit schwebend, langsam mit einer Drehzahl, die der Pulsfrequenz entspricht und daher max. unter 200 Umdr/min liegt, im Pumpengehäuse rotieren. 



   Die Fig. 4 bis 6 zeigen eine 1 : 2 übersetzte Trochoidkreiskolbenpumpe mit entsprechend der Fig. 3 ausgebildeten Kolbenecken zu deren Verwendung als Blut- und Herzpumpe. 

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Claims (1)

1. <Desc/Clms Page number 5> 4öffnungen als Umfangeinlässe ausgebildet sind, wobei in bekannter Weise die Ansaug- und Ausstossöffnung (16) direkt gegenüber den Kolbenecken (17) liegen, wenn sich der Kolben (12) in Totpunktstellung befindet und die Pumpräume (18) je ein maximales bzw. minimales Volumen bilden.

   3. Rotationspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in bekannter Weise eine Öffnung (19) im Gehäusemantel in Form einer Längsöffnung als Umfangeinlass, die andere Öffnung (20) hingegen in einem Seitenteil (22) als Seiteneinlass ausgebildet ist, wobei in bekannter Weise der Seiteneinlass (20) in Totpunktstellung des Kolbens (21) sowohl von der vorlaufenden als auch der nachlaufenden Kolbenkante überdeckt wird, wobei vorzugsweise die Öffnung (20) in bekannter Weise auch beidseitig spiegelbildlich gegenüberliegend in beiden Seitenwänden (22) des Pumpengehäuses vorgesehen ist.

   4. Rotationspumpe nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung des Durchsatzvolumens und zur Vermeidung eines unphysiologischen Ansaugunterdruckes EMI5.1