DE19963306A1 - Antrieb für Blutpumpe - Google Patents

Abstract

Beschrieben ist ein Antrieb für Blutpumpen in Form eines Lautsprecherantriebs mit Magnetsystem und mit durch Absolut-Wegaufnehmer kontrolliertem, mechanisch gleitendem Kolben mit um- und/oder abschaltbaren Wicklungen, bei welchem der Kolben mechanisch festlegbar ist. DOLLAR A Der erfindungsgemäße neue Antrieb für Blutpumpen ist hervorragend für mobile Herzunterstützungssysteme geeignet. Insbesondere vorteilhaft ist der niedrige Energieverbrauch sowie der geräuscharme Lauf und die Schonung des Gefäßsystems durch beliebig anpaßbaren Druckverlauf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Blutpumpen in Form eines Lautsprecherantriebs mit Magnetsystem und mit durch Absolutwegaufnehmern kontrolliertem, mechanisch gleitendem Kolben mit um- und/oder abschaltbaren Wicklun­ gen.

Blutpumpen der sind in der Medizin zur extrakorporalen Aufrechterhaltung eines Blutkreislaufsystems oder in Form von Implantaten bekannt. Das Medium, wie beispielsweise Blut, wird dabei in einem Blutsack aus flexiblem Material geführt, wobei dieser Blutsack mittels flächiger Stempel gepreßt und entspannt wird, wodurch die Pumpwirkung er­ zielt wird.

Aus der DE-A1 197 53 041 ist ein gattungsgemäßer Pumpen­ antrieb bekannt. Dieser Antrieb weist eine Reihe von Vor­ teilen auf, welche ihn gegenüber dem bekannten Stand der Technik äußerst vorteilhaft machen.

Obwohl der Energieverbrauch bei einem derartigen Antrieb bereits verhältnismäßig gering ist, besteht weiterhin ein Bedarf daran, Energie einzusparen. Besonders wenn ein Blutsack ausgepreßt werden soll, um das Blut in die Gefä­ ße zu pumpen, muß der Kolben den (Blut-)Druck über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten. Der hohe Energieauf­ wand ist insbesondere bei implantierbaren Pumpen sehr nachteilig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Pumpe zu schaffen, welche sich durch eine noch geringeren Energieverbrauch auszeichnet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Blutpumpe sind in den abhängigen An­ sprüchen gekennzeichnet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Antrieb für Blutpumpe in Form eines Lautsprecherantriebs mit Magnetsystem und mit durch Absolut-Wegaufnehmer kon­ trolliertem, mechanisch gleitendem Kolben mit um- und/oder abschaltbaren Wicklungen geschaffen wird, bei dem der Kolben mechanisch festlegbar ist.

Dabei ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, daß der Kolben schrittweise festlegbar und lösbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Antriebs für Blutpumpen ist vorgesehen, daß an der Außenseite des Kolbens mindestens ein auf dem Kolbenzy­ linder senkrecht stehendes Sperrelement angebracht ist, welches in eine Zahnsperre eingreift. Bevorzugt ist hier­ bei, daß die Zahnsperre elektromagnetisch ansteuerbar und/oder lösbar ist.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, daß ein Drucksensor im zu fördernden Medium angeordnet ist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Lautsprecherantriebs mit Magnetsy­ stem und mit durch Absolut-Wegaufnehmer kontrolliertem, mechanisch gleitendem Kolben mit um- und/oder abschaltba­ ren Wicklungen und mechanisch festlegbarem Kolben als An­ trieb für Blutpumpen. Bevorzugt ist dabei, daß ein ela­ stischer Behälter für das Fördermedium außerhalb des Kol­ bens angeordnet ist. Weiterhin ist erfindungsgemäß bevor­ zugt, daß ein elastischer Behälter für das Fördermedium zwischen zwei erfindungsgemäßen Lautsprecherantrieben an­ geordnet ist.

Der erfindungsgemäße neue Antrieb für Blutpumpen weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber bekannten Blutpumpen auf. Der erfindungsgemäße Antrieb ist hervorragend für mobile Herzunterstützungssysteme geeignet. Insbesondere vorteilhaft ist der geräuscharme Lauf und die Schonung des Gefäßsystems durch beliebig anpaßbaren Druckverlauf.

Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, daß die Wicklungen in Form von Teilwicklungen vorgesehen sind, welche dann abgeschaltet werden, wenn diese Wicklungen auf dem Be­ reich des Magneten herausfahren. Hierdurch kann eine er­ hebliche Menge an elektrischer Energie eingespart werden, ohne die übrigen Vorteile des Antriebs zu mindern.

Insbesondere vorteilhaft ist es, daß zur Aufrechterhal­ tung des Drucks keine elektrische Energie benötigt wird, welche beispielsweise durch die Spulen fließen muß, um den Kolben in der Druckposition zu halten. Vielmehr kann der Kolben schrittweise angepreßt werden. Hierzu muß le­ diglich solange Energie aufgewendet werden, um beispiels­ weise eine Raste der Zahnsperre zu überwinden. In Verbin­ dung mit einem Drucksensor im Fördermedium kann dann der Zeitpunkt, zu dem der Kolben erneut um eine Raste gehoben werden muß, ermittelt werden. Ist der gesamte Pumphub ab­ gearbeitet, so wird die Zahnsperre elektromagnetisch ent­ riegelt und der Kolben kann wieder absinken, bzw. magne­ tisch und/oder elektromagnetisch angezogen werden.

Neben der genannten Zahnsperre sind dem Fachmann noch an­ dere technische Lösungen zur Erzielung des erfindungsge­ mäßen Zweckes, nämlich der mechanischen Festlegung des Kolbens geläufig. Derartige Systeme können keilförmig sein oder auch an sich bekannte Bremsen oder auf einer Schleifwirkung beruhende Vorrichtungen umfassen. Auch Sy­ steme mit Rutschkupplungen sind erfindungsgemäß anwend­ bar. Erfindungsgemäß ist dabei, daß derartige Systeme ge­ eignet sein müssen, mit Hilfe elektrischer oder elektro­ magnetischer Vorrichtungen lösbar zu sein. Dabei sollte zum Lösen des festgelegten Kolbens möglichst wenig Ener­ gie aufgewendet werden müssen.

Der erfindungsgemäße Antrieb ist klein im Durchmesser, flach in der Bauweise und gering im Gewicht. Seine Mecha­ nik ist unkompliziert und hat nur wenige bewegte Teile. Die Geräuschentwicklung des Antriebs ist sehr gering und wird von keinem anderen Antrieb in diesem Anwendungsbe­ reich übertroffen.

Der Lautsprecherantrieb mit Ansteuerungselektronik arbei­ tet mit der in PKW üblichen 12 V-Gleichspannung und funk­ tioniert auch einwandfrei am 24 V-Bordnetz von z. B. Last­ wagen und Schiffen. Damit kann das System auch im PKW am Zigarettenanzünder betrieben werden, um beispielsweise den systemeigenen Akku zu schonen.

Während einer Pumpperiode fließt zu jedem Zeitpunkt, in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und der zu überwindenden Gegenkraft, nur solange Strom wie nötig. Dabei sind nur geringe Federkräfte zu überwinden. Der da­ zu erforderliche Energieaufwand wird durch die dann mög­ liche Abschaltung der gesamten Spulen um ein Vielfaches wieder eingespart. Wird während einer Pumpperiode weder Kraft noch Bewegung gefordert, fließt praktisch kein Strom.

Die Umwandlung elektrischer in mechanische Energie wird durch ein oder auch zwei starke Permanentmagnete unter­ stützt, womit sich der Wirkungsgrad des Antriebs verbes­ sert (vergleichbar mit einem rotierenden Gleichstrommotor mit Permanentmagnet).

Die Pumpfunktion bleibt mit gewissen Einschränkungen auch dann erhalten, wenn der Wegaufnehmer defekt ist (Notbe­ trieb ohne Servokontrolle). Die Pumpe funktioniert auch bei Windungsschluß noch hinreichend. Auch ist noch ein Notbetrieb möglich, wenn ein oder zwei Wicklungen völlig ausfallen.

Der Hub ist fast beliebig groß. Es ist eine Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebs, daß bei großem Hub der Wir­ kungsgrad und die Kraft sich nicht verringern. Für die geforderte flache Bauweise bei einer implantierbaren Blutpumpe kann der Antrieb gegebenenfalls gedreht werden und in ovaler anstatt runder Form im Gehäuse unterzubrin­ gen.

Der erfindungsgemäße Antrieb hat einen sehr einfachen Aufbau. Er besteht im wesentlichen aus einem Magnetsystem mit einem Spulenkolben. Dabei ist der Luftspalt von meh­ reren Millimetern, worin der Spulenkolben hin- und her­ gleitet, relativ groß.

Beim erfindungsgemäßen Antrieb kann das bewegte bzw. feststehende Teil entweder das Magnetsystem oder der Spu­ lenkolben sein. Ist das Magnetsystem das bewegte Teil, kann es zusätzlich am Pumpengehäuse gelagert werden.

Der Spulenkolben ist beim erfindungsgemäßen Antrieb me­ chanisch gelagert. Er ist aus stabilem Material und glei­ tet auf dem inneren (und evtl. äußeren Teil).

Zur Herstellung des Pumpenantriebs in vertretbaren Abmes­ sungen und mit akzeptablem Gewicht wird ein moderner, sehr kleiner und energiereicher Permanentmagnet verwen­ det.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Blutpumpe im Querschnitt und

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Blutpumpe in der Aufsicht.

Der Lautsprecherantrieb besteht aus einem Magnetsystem mit einem Kolben, der mechanisch gelagert im energierei­ chen Luftspalt gleitet, wobei eine Pumpbewegung in beiden Richtungen möglich ist. Auf dem Kolben sind mehrere ge­ trennte Wicklungen in Nuten nebeneinander angeordnet. Hub, Hubgeschwindigkeit und Kraft des Kolbens sind in­ nerhalb einer Pumpperiode frei bestimmbar. Der Hub wird über einen Absolut-Wegaufnehmer kontrolliert. An der Au­ ßenseite des Kolbens sind Sperrelemente 1 m angebracht, welche jeweils in eine Zahnsperre 1p eingreifen. Wird der Kolben angehoben, so drückt das Sperrelement 1m die Zahn­ sperre 1p gegen die Federkraft nach außen und rastet er­ neut ein. Durch Anlegen einer Spannung an den in der Zahnsperre 1p angeordneten Elektromagneten kann der Kol­ ben durch Aushaken der Sperrelemente 1m wieder freigege­ ben werden. Es kann vorteilhaft sein, den Kolben nicht die mechanische Federkraft der Zahnsperre 1p überwinden zu lassen, sondern mit Hilfe des Elektromagneten diese freizugeben und somit den Hub des Kolbens zu erleichtern.

Der neue Antrieb ist klein im Durchmesser, flach in der Bauweise und gering im Gewicht. Seine Mechanik ist unkom­ pliziert und hat nur wenige bewegte Teile. Die Geräu­ schentwicklung des Antriebs ist sehr gering. Er läßt sich sehr sensibel und genau steuern und regeln.

Während einer Pumpperiode fließt zu jedem Zeitpunkt, in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und der zu überwindenden Gegenkraft, nur so viel Strom wie nötig. Dabei sind je nach Schaltung keine oder nur geringe zu­ sätzlich eingebaute Federkräfte zu überwinden. Wird wäh­ rend einer Pumpperiode weder Kraft noch Bewegung gefor­ dert, fließt praktisch kein Strom. Eine Stärke dieses Servo-Linearmotors ist, daß sich bei großem Hub der Wir­ kungsgrad und die Kraft nicht verringern.

Der Antrieb soll ermöglichen, beispielsweise eine Pumpe zur Förderung sensibler Flüssigkeiten zu betreiben, die sehr geräuscharm ist, und deren Bewegungsgeschwindigkeit und Pumpkraft innerhalb einer Pumpperiode jederzeit ge­ steuert werden kann. Der Pumpendruck kann, sofern erfor­ derlich, zusätzlich über einen Drucksensor im zu fördern­ den Medium geregelt werden. Es ist prinzipiell gleichgül­ tig, ob der Kolben oder das Magnetsystem das bewegte Teil sind.

Der in den Fig. 1 und 2 abgebildete Lautsprecherantrieb dient der Erzeugung von Hüben bis zu 11 mm und besteht im wesentlichen aus einem Magnetsystem, ähnlich dem, wie es auch für Lautsprecher Verwendung findet, sowie einem Kol­ ben, auf dem mehrere voneinander getrennte Wicklungen 1a in Nuten nebeneinander angeordnet sind. Die Spulendrähte der einzelnen Spulen werden so zur "Verdrahtungskammer" 1k nach vom geführt, daß eine unnötige Verbreiterung des Luftspalts in seinem gesamten Umfang und somit eine unnö­ tige Energieabschwächung vermieden wird.

Das Magnetsystem besteht aus einem Magneten 1b, dessen Qualität weitgehend Größe, Gewicht und Wirkungsgrad des Systems bestimmen, einem scheibenförmigen Joch 1c und ei­ nem rohrförmigen Joch 1d, das den Magnetfluß an die rich­ tige Stelle, nämlich den Luftspalt 1e leitet. Der andere Pol des Magneten erreicht den Luftspalt über die magne­ tisch leitende Scheibe 1f.

Der Kolben 1g wird aus magnetisch nicht leitendem Materi­ al hergestellt. Elektrisch soll er schlecht leitend sein, um die Wirbelströme besonders bei schnellen Bewegungen klein zu halten. Der Kolben 1g wird mechanisch auf der Scheibe 1f und dem aus nicht magnetisch leitendem Materi­ al bestehenden zylindrischem Ring (Außenfläche von 1h) gelagert.

Die Wicklungen werden bei diesem Motor nicht umgeschal­ tet, um Bewegung zu erzeugen, sondern ausschließlich, um nur die Wicklungen aktiv mit Strom zu speisen, welche sich gerade im energiereichen Luftspalt 1e befinden. Die Kraft wird durch den Strom bestimmt und die Bewegungs­ richtung durch die Stromrichtung. Dadurch, daß immer nur der im energiereichen Luftspalt befindliche Wicklungsteil stromdurchflossen ist, werden Leistungsaufnahme und Er­ wärmung auf das notwendige Minimum reduziert.

Der Luftspalt kann erfindungsgemäß teilweise oder völlig mit geeigneten Magnetofluiden gefüllt sein. Erfindungsge­ mäß kann ferner vorgesehen werden, daß die Vergußmasse der Spulen aus den Magnetfluß fördernden Medien besteht.

Die in den Figuren abgebildeten Belüftungslöcher und Be­ festigungsbohrungen sind in diesem Zusammenhang unbedeu­ tend und werden hier nicht weiter beschrieben.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Antriebs ist dem Fachmann bekannt. Derartige Antriebssysteme werden bei­ spielsweise in anderer Form auch in Lautsprechersystemen verwendet. Für die Herstellung des erfindungsgemäßen An­ triebs können neben Eisen auch andere magnetisch leitende Materialien verwendet werden, welche dem Fachmann bekannt sind.

Die für die Steuerung des erfindungsgemäßen Antriebs er­ forderliche elektronische Schaltung ist dem Fachmann als solche bekannt. Hierbei können insbesondere Schaltungen verwendet werden, welche beispielsweise für Blutpumpen und Herzunterstützungssysteme bekannt sind.

Auch die Befestigung der oben beschriebenen erfindungsge­ mäßen mechanisch wirkenden Festlegungsvorrichtungen an der Pumpe selbst ist dem Fachmann bekannt. Dabei können je nach Festlegungssystem unterschiedliche Befestigungs­ arten geeignet sein. Auch ist dabei auf die Anordnung von Kolben und Gehäuse zueinander Rücksicht zu nehmen. Derar­ tige Überlegungen sind dem Fachmann allerdings geläufig.

Bezugszeichenliste

1

a Wicklungen

1

b Magnet

1

c Joch (scheibenförmig)

1

d Joch (rohrförmig)

1

e Luftspalt

1

f Scheibe

1

g Kolben

1

h Stützring

1

k Verdrahtungskammer

1

m Rastdorn

1

p Zahnsperre

Claims (8)

1. Antrieb für Blutpumpe in Form eines Lautsprecheran­ triebs mit Magnetsystem und mit durch Absolut- Wegaufnehmer kontrolliertem, mechanisch gleitendem Kolben mit um- und/oder abschaltbaren Wicklungen, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (1g) mechanisch festlegbar ist.

2. Antrieb für Blutpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben (1g) schrittweise fest­ legbar und lösbar ist.

3. Antrieb für Blutpumpe gemäß Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Kol­ bens (1g) mindestens ein auf dem Kolbenzylinder senk­ recht stehendes Sperrelement (1m) angebracht ist, welches in eine Zahnsperre (1p) eingreift.

4. Antrieb für Blutpumpe gemäß Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zahnsperre (1p) elektromagne­ tisch ansteuerbar und/oder lösbar ist.

5. Antrieb für Blutpumpe nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor im zu fördernden Medium angeordnet ist.

6. Verwendung eines Lautsprecherantriebs mit Magnetsy­ stem und mit durch Absolut-Wegaufnehmer kontrollier­ tem, mechanisch gleitendem Kolben mit um- und/oder abschaltbaren Wicklungen und mechanisch festlegbarem Kolben als Antrieb für Blutpumpen.

7. Verwendung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Behälter für das Fördermedium au­ ßerhalb des Kolbens angeordnet ist.

8. Verwendung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Behälter für das Fördermedium zwischen zwei Lautsprecherantrieben angeordnet ist.