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Die vorliegende Erfindung betrifft eine intravaskuläre Blutpumpe, insbesondere eine intravaskuläre Blutpumpe zur perkutanen Einführung in ein Blutgefäß eines Patienten, zur Unterstützung eines Blutflusses in einem Blutgefäß eines Patienten. Die Blutpumpe weist eine verbesserte Antriebseinheit auf.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es sind verschiedene Arten von Blutpumpen bekannt, z. B. axiale Blutpumpen, zentrifugale (d. h. radiale) Blutpumpen oder gemischte Blutpumpen, bei denen der Blutfluss sowohl durch axiale als auch radiale Kräfte verursacht wird. Intravaskuläre Blutpumpen werden mit Hilfe eines Katheters in ein Gefäß des Patienten, z. B. die Aorta, eingeführt. Eine Blutpumpe besteht in der Regel aus einem Pumpengehäuse mit einem Blutstromeinlass und einem Blutstromauslass, die durch einen Durchgang verbunden sind. Um einen Blutstrom entlang des Durchgangs vom Blutstromeinlass zum Blutstromauslass zu bewirken, ist ein Laufrad oder Rotor drehbar im Pumpengehäuse gelagert, wobei das Laufrad mit Schaufeln zum Fördern von Blut versehen ist.
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Blutpumpen werden in der Regel durch eine Antriebseinheit angetrieben, bei der es sich um einen Elektromotor handeln kann.
WO 2017/162619 A1 offenbart zum Beispiel eine intravaskuläre Blutpumpe mit einem Laufrad, das magnetisch mit einem Elektromotor gekoppelt ist. Das Laufrad umfasst Magnete, die benachbart zu elektrisch magnetisierten Zonen im Elektromotor angeordnet sind. Aufgrund der Anziehungskräfte zwischen den Magneten im Laufrad und den elektrisch magnetisierten Zonen im Motor wird die Drehung des Motors auf das Laufrad übertragen. Das heißt, die Antriebseinheit hat eine Vielzahl von statischen Pfosten, die um die Drehachse des Laufrads angeordnet sind, und jeder Pfosten trägt eine Drahtspulenwicklung und wirkt als Magnetkern. Eine Steuereinheit liefert sequentiell eine Spannung an die Spulenwicklungen, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, durch das das magnetisch gekoppelte Laufrad gedreht wird.
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Konkret umfasst die intravaskuläre Blutpumpe in
WO 2017/162619 A1 ein Pumpengehäuse mit einem Blutstromeinlass und einem Blutstromauslass, ein Laufrad und eine Antriebseinheit zum Drehen des Laufrads. Durch die Drehung des Laufrads um eine Drehachse und innerhalb des Pumpengehäuses kann Blut durch Schaufeln des Laufrads vom Blutstromeinlass zum Blutstromauslass befördert werden. Die Antriebseinheit besteht aus sechs Pfosten und einer Rückplatte, die die hinteren Enden der Pfosten verbindet und als Joch dient. Die Pfosten sind in einer Ebene, die senkrecht zur Drehachse steht, kreisförmig um die Drehachse angeordnet, wobei jede der Pfosten eine Längsachse hat, die parallel zur Drehachse ist. Die Pfosten haben jeweils einen Schaft und einen geneigten Kopfabschnitt am laufradseitigen Ende des Schafts, der zum Laufrad hin zeigt, wobei sich der Kopfabschnitt radial über den Schaft hinaus erstreckt, um eine Schulter zu bilden, die als axialer Anschlag für eine um jeden der Pfosten angeordnete Spulenwicklung dienen kann. Eine Steuereinheit versorgt die Spulenwicklungen sequentiell mit einer Spannung, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Das Laufrad umfasst eine magnetische Struktur, die so angeordnet ist, dass sie mit dem rotierenden Magnetfeld interagiert, so dass das Laufrad seiner Rotation folgt.
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Im Betrieb können benachbarte Pfosten eine unterschiedliche Magnetisierung aufweisen. Dies hat zur Folge, dass der magnetische Fluss, der durch die Pfosten fließt, dazu neigt, zwischen diesen benachbarten Pfosten zu fließen und das Laufrad zu umgehen. Dieser magnetische Fluss ist für die Erzeugung des Drehmoments verloren. Ein Nachteil des Standes der Technik ist, dass die sich radial über die Schäfte hinaus erstreckenden Kopfabschnitte einen besonders geringen Abstand zueinander haben. Dementsprechend gibt es einen erheblichen parasitären magnetischen Fluss zwischen den Kopfabschnitten, der für die Erzeugung des Drehmoments verloren geht. Diesem parasitären Fluss kann zwar durch die Anordnung von magnetisch isolierendem Material, wie z. B. Magneten, zwischen den Kopfabschnitten entgegengewirkt werden, doch ist der verfügbare Raum äußerst begrenzt und die Polarisation der Magnete müsste sich zyklisch ändern, um eine vernünftige Isolierung zu erreichen, was schwierig ist. Es ist ein Ziel der Erfindung, die Antriebseinheit in dieser Hinsicht zu verbessern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Blutpumpe der vorliegenden Erfindung kann der vorgenannten Blutpumpe entsprechen. Dementsprechend kann es sich um eine axiale Blutpumpe oder eine diagonale Blutpumpe handeln, die teilweise axial und teilweise radial pumpt (der Durchmesser von reinen zentrifugalen Blutpumpen ist für intravaskuläre Anwendungen meist zu groß). Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist jedoch eine Vorderfläche des laufradseitigen Endes von mindestens einem der Pfosten - vorzugsweise von jedem der Pfosten - eine Konkavität auf, in der die Vorderfläche zu einem zentralen Bereich der Vorderfläche hin nach unten geneigt ist, um zumindest einen Teil der durch die Vorderfläche verlaufenden Magnetfeldlinien zu konzentrieren.
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Magnetfeldlinien des magnetischen Flusses, die aus einer Oberfläche eines Bauteils aus magnetischem Material austreten und in diese eintreten, verlaufen senkrecht zur Oberfläche, d.h. sie treten senkrecht aus der Oberflächenebene aus und in diese ein. Indem man die Vorderfläche eines Pfostens mit einer Konkavität versieht, d.h. mit einer Vertiefung, die Bereiche aufweist, in denen die Vorderfläche zur Mitte der Vorderfläche hin nach unten geneigt ist, werden die Magnetfeldlinien, die durch die Vorderfläche in den Pfosten hinein- und aus ihm herauslaufen, gezwungen, näher zur Mittelachse des Pfostens zu verlaufen. Da sich die Magnetfeldlinien nie kreuzen, werden sie vor dem laufradseitigen Ende des Pfostens konzentriert und als Bündel auf das Laufrad gerichtet. Der parasitäre Fluss zwischen benachbarten Pfosten wird dadurch reduziert.
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Die Neigung der Konkavität beträgt weniger als 90°, vorzugsweise zwischen 0° und 30°, bezogen auf die Oberflächenebene.
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Vorzugsweise erstreckt sich die Konkavität bis zum Umfang der Vorderfläche. Mit anderen Worten, die Konkavität kann von einem äußeren Rand der Vorderfläche ausgehen. Dies hat den Effekt, dass auch die äußersten Magnetfeldlinien von der Neigung der Konkavität betroffen sind. Die äußersten Magnetfeldlinien sind diejenigen, die die größte Tendenz haben, auf einen benachbarten Pfosten überzugehen. Daher ist die Konkavität am wirksamsten, wenn sie sich bis zum Umfang der Vorderfläche des Pfostens erstreckt.
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Es kann ausreichen, dass sich die Konkavität auf mindestens zwei, vorzugsweise genau zwei, gegenüberliegenden Seiten der Vorderfläche des Pfostens bis zum Umfang der Vorderfläche erstreckt, nämlich auf den Seiten, die den benachbarten Pfosten am nächsten sind. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die Pfosten z.B. zylindrisch und damit im Querschnitt kreisförmig sind. Das heißt, die Gefahr, dass Magnetfeldlinien auf benachbarte Pfosten übergreifen, ist dort am größten, wo die Pfosten wenig Abstand zueinander haben. Die Konkavität ist daher ausreichend wirksam, wenn sie sich nur an den beiden Seiten, die den jeweiligen benachbarten Pfosten am nächsten liegen, bis zum Umfang der Vorderfläche des Pfostens erstreckt.
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Es ist jedoch vorzuziehen, dass der Umfang der Konkavität mit dem Umfang der Vorderfläche übereinstimmt. Auf diese Weise sind die äußersten Magnetfeldlinien aufgrund der Neigung der Konkavität entlang des gesamten Umfangs der Vorderfläche auf die Mitte der Vorderfläche gerichtet. Wie bereits erwähnt, sind die äußersten Magnetfeldlinien diejenigen, die die größte Tendenz haben, dem Laufrad auszuweichen. Daher ist die Konkavität am effektivsten, wenn ihr Umfang mit dem Umfang der Vorderfläche übereinstimmt.
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Die Konkavität kann einen flachen Boden haben, da dies ausreichen kann, um die äußersten Magnetfeldlinien zur Mitte hin zu lenken. Somit ist zumindest ein Bereich am Umfang der Konkavität nach unten geneigt. In diesem Fall kann die Konkavität eine geradlinige geneigte Seitenwand aufweisen, wenn man sie in einer senkrecht durch die Vorderfläche verlaufenden Querschnittsebene betrachtet, oder eine gekrümmte geneigte Seitenwand aufweisen, wenn man sie in einer senkrecht durch die Vorderfläche verlaufenden Querschnittsebene betrachtet. Eine gekrümmte geneigte Seitenwand mit einer zum Umfang der Konkavität hin zunehmenden Neigung bewirkt, dass die Bündelungswirkung auf die äußersten Magnetfeldlinien maximal ist.
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Alternativ kann die Konkavität einen gekrümmten Querschnitt mit einem gekrümmten Boden statt eines flachen Bodens aufweisen, wenn man sie in einer senkrecht durch die Vorderfläche verlaufenden Querschnittsebene betrachtet. Auf diese Weise nimmt die Zentrierwirkung auf die Magnetfeldlinien vom Umfang der Konkavität zur Mitte hin allmählich ab.
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Alternativ dazu kann die Konkavität auch einen dreieckigen Querschnitt aufweisen, wenn man sie in einer senkrecht durch die Vorderfläche verlaufenden Querschnittsebene betrachtet. Auf diese Weise kann die maximale Tiefe der Konkavität vergrößert werden. Je tiefer die Konkavität ist, desto größer ist der Abstand zwischen dem jeweiligen Abschnitt der Vorderfläche des Pfostens und der magnetischen Struktur des Laufrads, was dazu führt, dass zwischen dem Pfosten und dem Laufrad geringere axiale Magnetkräfte erzeugt werden. Insbesondere kann das Verhältnis zwischen magnetischem Drehmoment und axialer Magnetkraft durch eine Verringerung der axialen Magnetkraft erhöht werden, was eine wichtige Kennzahl bei der Entwicklung von magnetisch angetriebenen intravaskulären Blutpumpen ist. Dieses Verhältnis ist wichtig, weil der erzeugbare magnetische Fluss im Allgemeinen begrenzt ist, so dass es wünschenswert ist, möglichst viel davon zur Erzeugung des Drehmoments zu nutzen. Der technische Effekt der Konkavität ist eine verringerte axiale Kraft, die auf den Rotor in axialer Richtung wirkt, ohne dass die Motorleistung abnimmt, oder alternativ eine Erhöhung der Motorleistung bei gleichem gesamten magnetischen Fluss.
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Dieses Verhältnis kann gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung noch weiter erhöht werden, indem die Vorderfläche in der Konkavität in radial äußerer Richtung nach unten geneigt ist (zusätzlich zur Neigung nach unten zu einem zentralen Bereich der Konkavität). Somit ragt ein radial innerer Bereich der Vorderfläche in der Konkavität relativ zur Drehachse axial über einen radial äußeren Bereich der Vorderfläche in der Konkavität hinaus. Dies hat wiederum zur Folge, dass die maximale Tiefe der Konkavität vergrößert wird. Je tiefer die Konkavität ist, desto größer ist, wie bereits erwähnt, der Abstand zwischen dem jeweiligen Abschnitt der Vorderfläche des Pfostens und der magnetischen Struktur des Laufrads, was dazu führt, dass zwischen dem Pfosten und dem Laufrad geringere axiale Magnetkräfte erzeugt werden. Somit kann das Verhältnis zwischen dem magnetischen Drehmoment und der axialen Magnetkraft durch die Abwärtsneigung der Vorderfläche innerhalb der Konkavität in einer radial äußeren Richtung weiter erhöht werden.
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Ein weiterer wichtiger Effekt, der durch die Abwärtsneigung der Vorderfläche in einer radial äußeren Richtung erreicht wird, ist, dass das Bündel der konzentrierten Magnetfeldlinien radial nach außen gerichtet ist und somit im Vergleich zu einer horizontalen Vorderfläche auch radial nach außen auf die magnetische Struktur des Laufrades auftrifft. Dies wirkt sich positiv auf das erreichbare magnetische Drehmoment aus. Dies wiederum führt zu einem verbesserten Verhältnis zwischen magnetischem Drehmoment und axialer Magnetkraft. Die positive Auswirkung der Abwärtsneigung der Vorderfläche innerhalb der Konkavität in einer radialer äußeren Richtung auf das Verhältnis zwischen magnetischem Drehmoment und axialer Magnetkraft ist also zweifach.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt die Kombination aus einer Neigung der Vorderfläche in der Konkavität in beide Richtungen, mittig und radial nach außen, zu einer Konkavität, die zu einer Seitenfläche des Pfostens hin offen ist, nämlich zu einer Seitenfläche, die radial nach außen relativ zur Drehachse liegt. Vorzugsweise haben die Pfosten einen dreieckigen Querschnitt mit drei Seitenflächen, wobei eine der drei Seitenflächen im Vergleich zu den beiden anderen Seitenflächen radial nach außen relativ zur Drehachse liegt. In diesem Fall ist die Konkavität zu derjenigen der drei Seitenflächen hin offen, die sich an der radial äußeren Seite des Pfostens befindet.
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Bei allen vorgenannten Varianten kann die Konkavität vorzugsweise eine maximale Tiefe zwischen 0,05 mm und 0,3 mm aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erstreckt sich der Pfosten mit seinem laufradseitigen Ende nicht radial über das laufradseitige Ende der jeweils um den Pfosten angeordneten Spulenwicklung hinaus, wobei sich der Begriff „radial“ auf eine Richtung quer, vorzugsweise senkrecht, zur Längsachse des jeweiligen Pfostens bezieht. Mit anderen Worten: Die Pfosten haben keinen bestimmten Kopfabschnitt. Stattdessen weisen die Pfosten vorzugsweise zumindest an ihrem laufradseitigen Endbereich, vorzugsweise über ihre gesamte Länge, einen konstanten Querschnitt auf.
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Ein Vorteil der Pfosten ohne Kopfabschnitt ist, dass die magnetischen Verluste durch den parasitären Fluss zwischen benachbarten Pfosten durch einen größeren Abstand zwischen den Pfosten reduziert werden. Dies hat wiederum zur Folge, dass das Verhältnis zwischen dem erreichbaren magnetischen Drehmoment und den magnetischen Axialkräften zwischen Antriebseinheit und Laufrad im Vergleich zu der in
WO 2017/162619 A1 beschriebenen Pumpe, bei der die Pfosten mit ihren laufradseitigen Enden radial über das laufradseitige Ende der jeweiligen Spulenwicklung hinausragen, erhöht wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können die Pfosten jeweils ein weichmagnetisches Material aufweisen, das im Querschnitt quer, vorzugsweise senkrecht, zu einer Längsachse des jeweiligen Pfostens diskontinuierlich ist, wobei die Achse vorzugsweise parallel zur Drehachse verläuft, wie in der
WO 2019/057636 A1 näher beschrieben ist. „Diskontinuierlich“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass das weichmagnetische Material in einem beliebigen Querschnitt quer zur Längsachse gesehen durch Isoliermaterial oder andere Materialien oder Lücken unterbrochen, getrennt, durchschnitten oder dergleichen ist, um strikt getrennte Bereiche aus weichmagnetischem Material oder Bereiche zu bilden, die unterbrochen, aber an einer anderen Stelle verbunden sind. Mit anderen Worten, das weichmagnetische Material der Pfosten ist im Querschnitt quer, vorzugsweise senkrecht, zu einer Richtung des magnetischen Flusses, der durch die jeweilige Spulenwicklung im Pfosten verursacht wird, diskontinuierlich. Die Bereitstellung eines diskontinuierlichen weichmagnetischen Materials in Querschnittsebenen quer zur Richtung des magnetischen Flusses reduziert Wirbelströme. Dadurch wird die Wirksamkeit der intravaskulären Blutpumpe weiter erhöht.
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Vorzugsweise ist mindestens eine Schweißnaht an einer Oberfläche (811) des diskontinuierlichen weichmagnetischen Materials vorgesehen, wobei die Schweißnaht mindestens eine Diskontinuität hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit im diskontinuierlichen weichmagnetischen Material überbrückt. Die Schweißnaht ermöglicht die einfache Herstellung eines Magnetkerns oder eines Teils davon aus einem diskontinuierlichen weichmagnetischen Material. Das heißt, wenn der Magnetkern oder die Pfosten für den Magnetkern aus einem größeren Werkstück aus diskontinuierlichem weichmagnetischem Material herausgetrennt werden, kann das diskontinuierliche weichmagnetische Material aufgrund der Bearbeitungskräfte, die während des Trennvorgangs auf das Werkstück einwirken, delaminieren oder anderweitig seine Integrität verlieren. Dies ist aufgrund der sehr geringen Abmessungen des Magnetkerns und insbesondere seiner Pfosten besonders kritisch und kann sogar dann auftreten, wenn der Magnetkern oder seine Pfosten durch Funkenerosion, insbesondere Funkenerosion durch Drahtschneiden, aus dem Werkstück herausgetrennt werden. Mit Hilfe der Schweißnähte, die vor dem Trennungsschritt auf das Werkstück aufgebracht werden, wird die mechanische Stabilität des diskontinuierlichen Materials verbessert. Wenn der Magnetkern oder Pfosten mit Hilfe der Funkenerosion aus dem Werkstück herausgeschnitten wird, wird auch der Stromfluss an der Stelle des Schneidens verbessert. Die Schweißnaht oder Schweißnähte können später einen Teil des Magnetkerns oder der Pfosten bilden. Insbesondere auf einer laufradseitigen Endfläche der Pfosten, die quer zur Drehachse ausgerichtet ist, liegt das diskontinuierliche Material frei. Dementsprechend kann die Schweißnaht oder können die Schweißnähte an der laufradseitigen Oberfläche der Pfosten angeordnet werden.
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Die Antriebseinheit kann eine Rückplatte umfassen, die die hinteren Enden der Pfosten verbindet. Wie die Pfosten kann auch die Rückplatte aus einem diskontinuierlichen weichmagnetischen Material bestehen. Da der magnetische Fluss in der Rückplatte im Wesentlichen quer oder senkrecht zur Drehachse verläuft, kann das weichmagnetische Material der Rückplatte im Querschnitt parallel zur Drehachse diskontinuierlich gestaltet werden. Alternativ können die Pfosten und die Rückplatte aus einem Monoblock aus diskontinuierlichem weichmagnetischem Material hergestellt werden, so dass das weichmagnetische Material der Rückplatte und das diskontinuierliche weichmagnetische Material der Pfosten in der gleichen Richtung diskontinuierlich sind, vorzugsweise diskontinuierlich im Querschnitt senkrecht zur Drehachse. Im Übrigen gelten im Wesentlichen alle oben genannten Merkmale und Erläuterungen zum diskontinuierlichen Material der Pfosten auch für die Rückplatte. Die Rückplatte kann jedoch alternativ auch aus kontinuierlichem, d.h. massivem, weichmagnetischem Material gebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer Antriebseinheit mit einer Rückplatte, die die hinteren Enden der Pfosten verbindet, ist ein Material von mindestens einem der Pfosten mit einem Material eines Zwischenbereichs der Rückplatte einstückig, wobei der Zwischenbereich der Rückplatte ein Bereich der Rückplatte ist, der zwischen den Pfosten liegt. Vorzugsweise sind alle Pfosten auf diese Weise einstückig mit der Rückplatte verbunden. Mit anderen Worten: Mindestens ein Pfosten und die Rückplatte, vorzugsweise der gesamte Magnetkern der Antriebseinheit, können aus einem einzigen Materialblock bestehen, der auch als Monoblock bezeichnet werden kann. Ein Vorteil eines solchen Magnetkerns ist, dass der magnetische Widerstand am Übergang zwischen den Pfosten und der Rückplatte minimiert und damit der magnetische Fluss verbessert wird. Außerdem kann eine gute mechanische Steifigkeit des Übergangs zwischen den Pfosten und der Rückplatte erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Antriebseinheit mit einer Rückplatte, die die hinteren Enden der Pfosten miteinander verbindet, berühren mindestens einer der Pfosten und vorzugsweise alle Pfosten die Rückplatte mit einer hinteren Endfläche des jeweiligen Pfostens. Dies bietet den Vorteil, dass die Qualität der magnetischen Verbindung zwischen den Pfosten und der Rückplatte unabhängig von der Qualität der mechanischen Befestigung der Pfosten an der Rückplatte hergestellt werden kann. Die Pfosten können z.B. mechanisch in entsprechenden Aussparungen in der Rückwand oder mittels Kleber an den hinteren Enden der Pfosten an der Rückwand befestigt werden. So kann eine gute magnetische Verbindung und damit ein guter magnetischer Fluss direkt über die hinteren Endflächen der Pfosten in die Rückplatte erreicht werden, ohne dass Einschränkungen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften der mechanischen Verbindung zwischen den Pfosten und der Rückplatte in Kauf genommen werden müssen. Darüber hinaus wird ein magnetischer Pfad für die Übertragung des magnetischen Flusses geschaffen, der zusätzlich zu einer Übertragung des magnetischen Flusses in Umfangsrichtung bestehen kann, wenn die hinteren Enden der Pfosten in entsprechend dimensionierten Aussparungen in der Rückplatte aufgenommen werden.
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So können in diesem Fall die Pfosten an einer entsprechenden Kontaktebene der Rückplatte magnetisch mit der Rückplatte verbunden werden. Die Kontaktebene ist vorzugsweise parallel zu den hinteren Endflächen der Pfosten angeordnet. Vorzugsweise ist sie senkrecht zur Drehachse angeordnet. Vorzugsweise liegt die gesamte Fläche der hinteren Endflächen der Pfosten an der Rückplatte an. Dadurch wird der magnetische Widerstand der Verbindung zwischen den Pfosten und der Rückplatte deutlich verringert. Eine Unebenheit der hinteren Endfläche und der Kontaktebene der Rückplatte ist vorzugsweise so beschaffen, dass eine resultierende Lücke nicht mehr als 10 µm beträgt.
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Die Rückplatte besteht wie die Pfosten vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material, wie Elektrostahl (Magnetstahl) oder einem anderen zum Schließen des magnetischen Flusskreises geeigneten Material, vorzugsweise Kobaltstahl. Der Durchmesser der Rückplatte kann im Bereich von 3 mm bis 9 mm liegen, z. B. 5 mm oder 6 mm bis 7 mm. Die Dicke der Rückplatte kann im Bereich von 0,5 mm bis 2,5 mm, z. B. 1,5 mm, liegen. Der Außendurchmesser der Blutpumpe kann im Bereich von 4 mm bis 10 mm, vorzugsweise 7 mm, liegen. Der Außendurchmesser der Anordnung der mehreren Pfosten kann im Bereich von 3 mm bis 8 mm liegen, z. B. 4 mm bis 7,5 mm, vorzugsweise 6,5 mm.
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Wie bereits erwähnt, sind die Pfosten aus einem weichmagnetischen Material wie Elektrostahl (Magnetstahl) hergestellt. Die Pfosten und die Rückplatte können aus demselben Material bestehen. Vorzugsweise besteht der Magnetkern der Antriebseinheit, einschließlich der Pfosten und der Rückplatte, aus Kobaltstahl. Die Verwendung von Kobaltstahl trägt dazu bei, die Größe der Pumpe, insbesondere den Durchmesser, zu verringern. Mit der höchsten magnetischen Permeabilität und der höchsten magnetischen Sättigungsflussdichte unter allen Magnetstählen erzeugt Kobaltstahl den größten magnetischen Fluss bei gleichem Materialeinsatz.
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Die Abmessungen der Pfosten, insbesondere die Länge und die Querschnittsfläche, können variieren und hängen von verschiedenen Faktoren ab. Im Gegensatz zu den Abmessungen der Blutpumpe, z. B. dem Außendurchmesser, die von der Anwendung der Blutpumpe abhängen, werden die Abmessungen der Pfosten durch elektromagnetische Eigenschaften bestimmt, die so eingestellt werden, dass eine gewünschte Leistung der Antriebseinheit erreicht wird. Einer der Faktoren ist die Flussdichte, die durch die kleinste Querschnittsfläche der Pfosten erreicht werden soll. Je kleiner die Querschnittsfläche ist, desto höher ist der erforderliche Strom, um den gewünschten magnetischen Fluss zu erreichen. Ein höherer Strom erzeugt jedoch aufgrund des elektrischen Widerstands mehr Wärme im Draht der Spule. Noch wichtiger ist, dass das Statormaterial schnell magnetisch gesättigt ist, wenn der Querschnitt der Pfosten zu klein ist. Das heißt, obwohl „dünne“ Pfosten bevorzugt werden, um die Gesamtgröße zu verringern, würde dies einen hohen Strom erfordern und somit zu unerwünschter Wärmeentwicklung führen. Die im Draht erzeugte Wärme hängt auch von der Länge und dem Durchmesser des für die Spulenwicklungen verwendeten Drahtes ab. Eine kurze Drahtlänge und ein großer Drahtdurchmesser werden bevorzugt, um die Wicklungsverluste zu minimieren (als „Kupferverlust“ oder „Kupferleistungsverlust“ bezeichnet, wenn Kupferdrähte verwendet werden, was normalerweise der Fall ist). Mit anderen Worten, wenn der Drahtdurchmesser klein ist, wird im Vergleich zu einem dickeren Draht bei gleichem Strom mehr Wärme erzeugt, wobei ein bevorzugter Drahtdurchmesser z. B. 0,05 mm bis 0,2 mm, wie z. B. 0,1 mm, ist. Weitere Faktoren, die die Abmessungen des Pfostens und die Leistung der Antriebseinheit beeinflussen, sind die Anzahl der Wicklungen der Spule und der Außendurchmesser der Wicklungen, d. h. der Pfosten einschließlich der Wicklungen. Eine große Anzahl von Wicklungen kann in mehr als einer Schichte um jeden Pfosten herum angeordnet werden, z. B. können zwei oder drei Schichten vorgesehen werden. Je höher die Anzahl der Schichten ist, desto mehr Wärme wird jedoch aufgrund der größeren Länge des Drahtes in den äußeren Schichten mit einem größeren Wicklungsdurchmesser erzeugt. Die größere Länge des Drahtes kann aufgrund des höheren Widerstands eines langen Drahtes im Vergleich zu einem kürzeren Draht mehr Wärme erzeugen. Daher wäre eine einzige Wicklungsschicht mit kleinem Wicklungsdurchmesser zu bevorzugen, aber aufgrund der erforderlichen Leistung ist in der Regel mehr als eine Wicklung vorgesehen.
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Eine typische Anzahl von Wicklungen, die wiederum von der Länge des Pfostens abhängt, kann etwa 50 bis etwa 150 betragen, z. B. 56 oder 132. Unabhängig von der Anzahl der Wicklungen bestehen die Spulenwicklungen aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus Metall, wie Kupfer oder Silber. Silber kann gegenüber Kupfer bevorzugt sein, da Silber einen elektrischen Widerstand aufweist, der etwa 5 % geringer ist als der elektrische Widerstand von Kupfer.
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Vorzugsweise hat mindestens ein Pfosten, vorzugsweise jeder Pfosten, einen dreieckigen Querschnitt quer zu einer Längsachse des Pfostens. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Pfostens über seine gesamte Länge dreieckig. Durch dreieckige Pfosten kann der verfügbare Raum in einem Pumpengehäuse zu einem hohen Prozentsatz ausgenutzt werden, da solche Pfosten dicht um die Drehachse gepackt werden können. Vorzugsweise ist eine Seite des Dreiecks von der Drehachse abgewandt und gekrümmt. Die Krümmung biegt sich um die Drehachse. Der Radius der Krümmung entspricht vorzugsweise einem Radius eines Außendurchmessers, der durch die Vielzahl der um die Drehachse angeordneten Pfosten definiert ist. Durch eine solche Krümmung kann eine weitere Vergrößerung der Raumausnutzung innerhalb eines zylindrischen Pumpengehäuses erreicht werden.
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Figurenliste
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Die vorstehende Zusammenfassung sowie die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen werden besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Zum Zweck der Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung wird auf die Zeichnungen verwiesen. Der Umfang der Offenbarung ist jedoch nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten spezifischen Ausführungsformen beschränkt. In den Zeichnungen:
- 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer intravaskulären Blutpumpe;
- 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer Antriebseinheit-Laufrad-Anordnung;
- 3A und 3B zeigen eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht des Magnetkerns der Antriebseinheit der Antriebseinheit-Laufrad-Anordnung gemäß 1 und 2;
- 4 zeigt schematisch eine Abwicklung der sechs Pfosten des in 3A und 3B dargestellten Magnetkerns;
- 5A bis 5D zeigen jeweils eine Seitenansicht des laufradseitigen Endes eines Pfostens gemäß vier verschiedenen Ausführungsformen;
- 6A zeigt einen Abstandshalter für die Antriebseinheit-Laufrad-Anordnung gemäß 2 in einer perspektivischen Ansicht;
- 6B zeigt eine Vorderansicht des Abstandshalters aus 3A;
- 6C zeigt eine Seitenansicht des Abstandshalters der 3A und 3B;
- 7A zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Schicht einer Rückplatte mit Öffnungen für Pfosten der Antriebseinheit der Anordnung nach 2;
- 7B zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Schicht der Rückplatte ohne Öffnungen für Pfosten der Antriebseinheit der Anordnung von 2;
- 7C zeigt eine Querschnittsansicht der zusammengesetzten Rückplatte, die die erste und die zweite Schicht der 7A und 7B umfasst;
- 8A bis 8D zeigen die Stufen der Herstellung eines Zwischenprodukts für die weitere Herstellung von Pfosten für die Antriebseinheit der Anordnung nach 2;
- 9A bis 9C zeigen Schweißnähte am Zwischenprodukt gemäß 5C;
- 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Pfostens, der aus dem gemäß den 8A bis 9C hergestellten Zwischenprodukt herausgetrennt ist;
- 11 zeigt eine Vorderansicht des Zwischenprodukts aus 9A in einer Ebene mit zwei Schweißnähten und zwei Querschnitten von Pfosten, die aus dem Zwischenprodukt ausgeschnitten werden sollen;
- 12 zeigt eine Vorderansicht einer Endfläche eines Pfostens mit einer Schweißnaht;
- 13 zeigt eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer Antriebseinheit-Laufrad-Anordnung; und
- 14A bis 14C zeigen die Schritte zur Herstellung eines integrierten Magnetkerns für die Antriebseinheit gemäß 13.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In 1 ist eine Querschnittsansicht einer Blutpumpe 1 dargestellt. Die Blutpumpe 1 umfasst ein Pumpengehäuse 2 mit einem Blutstromeinlass 21 und einem Blutstromauslass 22. Die Blutpumpe 1 ist als intravaskuläre Blutpumpe, auch Katheterpumpe genannt, ausgebildet und wird mittels eines Katheters 25 in ein Blutgefäß eines Patienten eingebracht. Der Blutstromeinlass 21 befindet sich am Ende einer flexiblen Kanüle 23, die während der Anwendung durch eine Herzklappe, z. B. die Aortenklappe, geführt werden kann. Der Blutstromauslass 22 befindet sich in einer Seitenfläche des Pumpengehäuses 2 und kann in ein Herzgefäß, z. B. die Aorta, eingeführt werden. Die Blutpumpe 1 ist elektrisch mit einer elektrischen Leitung 26 verbunden, die sich durch den Katheter 25 erstreckt, um die Blutpumpe 1 mit elektrischer Energie zu versorgen, um die Pumpe 1 mit Hilfe einer Antriebseinheit 4 anzutreiben, wie nachstehend näher erläutert.
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Soll die Blutpumpe 1 in Langzeitanwendungen eingesetzt werden, d.h. in Situationen, in denen die Blutpumpe 1 für mehrere Wochen oder sogar Monate in den Patienten implantiert wird, erfolgt die Stromversorgung vorzugsweise über eine Batterie. Dies ermöglicht es dem Patienten, mobil zu sein, da er nicht über Kabel mit einer Basisstation verbunden ist. Die Batterie kann vom Patienten mitgeführt werden und kann die Blutpumpe 1 z.B. drahtlos mit elektrischer Energie versorgen.
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Das Blut wird entlang eines Durchgangs 24 befördert, der den Blutstromeinlass 21 und den Blutstromauslass 22 verbindet (der Blutstrom ist durch Pfeile gekennzeichnet). Zum Fördern des Blutes entlang des Durchgangs 24 ist ein Laufrad 3 vorgesehen, das mittels eines ersten Lagers 11 und eines zweiten Lagers 12 um eine Drehachse 10 im Pumpengehäuse 2 drehbar gelagert ist. Die Drehachse 10 ist vorzugsweise die Längsachse des Laufrads 3. Beide Lager 11, 12 sind in dieser Ausführungsform als Berührungslager ausgebildet. Mindestens eines der Lager 11, 12 könnte jedoch auch ein berührungsloses Lager sein, wie z. B. ein magnetisches oder hydrodynamisches Lager. Das erste Lager 11 ist ein Schwenklager mit kugelförmigen Lagerflächen, die sowohl eine Dreh- als auch eine Schwenkbewegung bis zu einem gewissen Grad ermöglichen. Es ist ein Stift 15 vorgesehen, der eine der Lagerflächen bildet. Das zweite Lager 12 ist in einem Stützelement 13 angeordnet, um die Drehung des Laufrads 3 zu stabilisieren, wobei das Stützelement 13 mindestens eine Öffnung 14 für den Blutfluss aufweist. An dem Laufrad 3 sind Schaufeln 31 vorgesehen, die das Blut befördern, sobald sich das Laufrad 3 dreht. Die Drehung des Laufrads 3 wird durch die Antriebseinheit 4 bewirkt, die magnetisch mit einem Magneten 32 an einem Endabschnitt des Laufrads 3 gekoppelt ist. Bei der dargestellten Blutpumpe 1 handelt es sich um eine gemischte Blutpumpe, bei der die Hauptströmungsrichtung axial ist. Es wird deutlich, dass die Blutpumpe 1 auch eine rein axiale Blutpumpe sein kann, abhängig von der Anordnung des Laufrads 3, insbesondere der Schaufeln 31.
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Die Blutpumpe 1 besteht aus dem Laufrad 3 und der Antriebseinheit 4. Die Antriebseinheit 4 umfasst eine Mehrzahl von Pfosten 40, beispielsweise sechs Pfosten 40, von denen in der Querschnittsansicht von 1 nur zwei sichtbar sind. Die Pfosten 40 sind parallel zur Drehachse 10 angeordnet, genauer gesagt, eine Längsachse jedes der Pfosten 40 ist parallel zur Drehachse 10. Ein Ende 420 der Pfosten 40 ist in der Nähe des Laufrads angeordnet. Die Spulenwicklungen 44 sind um die Pfosten 40 herum angeordnet. Die Spulenwicklungen 44 werden von einer Steuerung sequentiell angesteuert, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Ein Teil der Steuereinheit ist die Leiterplatte 6, die mit der elektrischen Leitung 26 verbunden ist. Das Laufrad weist einen Magneten 32 auf, der in dieser Ausführungsform als mehrteiliger Magnet ausgebildet ist. Der Magnet 32 ist an dem der Antriebseinheit 4 zugewandten Ende des Laufrads 3 angeordnet. Der Magnet 32 ist so angeordnet, dass er mit dem rotierenden Magnetfeld zusammenwirkt, um eine Drehung des Laufrads 3 um die Drehachse 10 zu bewirken.
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Um den magnetischen Flusspfad zu schließen, befindet sich an dem der Laufradseite der Pfosten 40 gegenüberliegenden Ende der Pfosten eine Rückplatte 50. Die Pfosten 40 dienen als Magnetkern und bestehen aus einem geeigneten Material, insbesondere aus einem weichmagnetischen Material, wie Stahl oder einer geeigneten Legierung, insbesondere Kobaltstahl. Auch die Rückplatte 50 besteht aus einem geeigneten weichmagnetischen Material, wie z. B. Kobaltstahl. Die Rückplatte 50 verstärkt den magnetischen Fluss, was eine Verringerung des gesamten Durchmessers der Blutpumpe 1 ermöglicht, was für intravaskuläre Blutpumpen wichtig ist. Zum gleichen Zweck ist im Laufrad 3 auf der von der Antriebseinheit 4 abgewandten Seite des Magneten 32 ein Joch 37, d. h. eine zusätzliche Laufradrückplatte, vorgesehen. Das Joch 37 hat in dieser Ausführungsform eine konische Form, um den Blutstrom entlang des Laufrads 3 zu führen. Das Joch 37 kann auch aus Kobaltstahl gefertigt sein. In dem Joch 37 oder dem Magneten 32 können ein oder mehrere Auswaschkanäle ausgebildet sein, die sich in Richtung des zentralen Lagers 11 erstrecken.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Antriebseinheit-Laufrad-Anordnung für die Blutpumpe nach 1. Wie in 2 zu erkennen ist, erstrecken sich die laufradseitigen Enden 420 der Pfosten 40 nicht radial über die Wicklungen 44 hinaus. Vielmehr ist der Querschnitt der Pfosten 40 in Richtung einer Längsachse LA der Pfosten 40 konstant. Dadurch wird vermieden, dass sich die Pfosten 40 einander annähern, da dies einen partiellen magnetischen Kurzschluss mit der Folge einer verminderten Leistung des Elektromotors der Blutpumpe verursachen könnte.
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Die Antriebseinheit gemäß 2 kann mindestens zwei Pfosten 40 umfassen. Die Anzahl der Pfosten ist vorzugsweise ein Vielfaches von drei und kann somit drei, neun oder zwölf betragen. Alternativ kann die Anzahl der Pfosten 40 auch ein Vielfaches von zwei sein, beispielsweise zwei, vier, sechs, acht, zehn oder zwölf. Es sind auch höhere Zahlen von Pfosten 40 möglich. Eine Anzahl von sechs Pfosten 40 wird bevorzugt. Aufgrund der Querschnittsansicht sind nur zwei Pfosten 40 sichtbar. Die Pfosten 40 und die Rückplatte 50 bilden einen Magnetkern 400 der Antriebseinheit 4, der einen Durchmesser von weniger als 10 mm haben kann.
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Die Pfosten 40 können, wie dargestellt, aus einem diskontinuierlichen weichmagnetischen Material bestehen, das in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit diskontinuierlich ist. Das diskontinuierliche weichmagnetische Material besteht aus einer Vielzahl von Blechen 85, die aus einem ferromagnetischen Material bestehen und miteinander laminiert sind. Eine Laminierrichtung ist in Richtung der Längsachse LA der Pfosten 40 angeordnet und durch einen Pfeil DL gekennzeichnet. Wie dargestellt, sind die Pfosten 40 parallel zur Drehachse 10 angeordnet.
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Um die Pfosten 40 ist ein Abstandshalter 7 angeordnet. Er besteht aus einem magnetisch inaktiven Material und hat den Zweck, den Abstand der Pfosten 40 an ihren laufradseitigen Enden 420 konstant zu halten. Der Abstandshalter 7 wird in den 6A bis 6C näher beschrieben. Die laufradseitigen Enden 424 der Spulenwicklungen 44 erstrecken sich bis zu dem Abstandshalter 7. An den anderen Enden der Pfosten 40 ist die Rückplatte 50 vorgesehen. Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform weist die Rückplatte 50 Aussparungen auf, um die Pfosten 40 darin aufzunehmen. Genauer gesagt besteht sie aus einer ersten Schicht 51 mit Öffnungen 511 für die hinteren Enden 450 der Pfosten 40. Die Rückplatte 50 wird in den 7A bis 7C näher beschrieben.
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Es ist denkbar, Ausführungsformen der Blutpumpe 1 mit beliebigen Kombinationen der drei oben genannten Merkmale zu realisieren: keine radiale Erstreckung der laufradseitigen Enden 424 der Pfosten über die laufradseitigen Enden der Wicklungen 44 hinaus, Vorsehen eines magnetisch inaktiven Abstandshalters 7 zwischen den Pfosten 40, und Rückplatte 50 mit Aussparungen zur Aufnahme der hinteren Enden 450 der Pfosten 40.
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3A und 3B zeigen eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht des Magnetkerns 400 der Antriebseinheit 4 der Antriebseinheit-Laufrad-Anordnung gemäß 1 und 2. Die Pfosten 40 und die Rückplatte 50 des Magnetkerns 400 sind mit einem Abstand zur magnetischen Struktur 32 des Laufrads 3 dargestellt. Wie man sieht, ist die Vorderfläche 42 jedes der laufradseitigen Enden 420 der Pfosten 40 mit einer Konkavität versehen. In dieser speziellen Ausführungsform und in allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erstreckt sich die Konkavität über die gesamte Vorderfläche 42, so dass der Umfang der Konkavität mit dem Umfang der Vorderfläche 42 zusammenfällt.
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Somit erstreckt sich die Neigung der Konkavität bis zum Umfang der Vorderfläche
42. Die Konkavität hat einen dreieckigen Querschnitt, wenn man sie in einer senkrecht durch die Vorderfläche
42 verlaufenden Querschnittsebene betrachtet, wobei diese Ebene in der gezeigten Ausführung senkrecht zur Längsachse des jeweiligen Pfostens
40 verläuft. Anders verhält es sich bei Ausführungsformen, bei denen jede der Vorderflächen
42 der Pfosten
40 geneigt ist, so dass sie zusammen eine kegelförmige Vorderseite des Magnetkerns
400 bilden, wie in
W02017/162619 A1 beschrieben. Das heißt, in
WO2017/162619 A1 haben die Pfosten jeweils einen Schaft und einen geneigten Kopfabschnitt am laufradseitigen Ende des Schafts. Auch die Vorderfläche dieser Kopfabschnitte kann, obwohl sie geneigt ist, mit der zuvor beschriebenen Konkavität versehen sein, bei der die Vorderfläche zu einem mittleren Bereich der Vorderfläche hin nach unten geneigt ist und einen dreieckigen Querschnitt aufweist, wenn man sie in einer senkrecht durch die Vorderfläche verlaufenden Querschnittsebene betrachtet.
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Die Neigung der Vorderfläche 42 innerhalb der Konkavität nach unten zu einem zentralen Bereich der Vorderfläche hin dient der Konzentration und damit der Bündelung der durch die Vorderfläche verlaufenden Magnetfeldlinien, wie weiter unten in Bezug auf 4 erläutert wird. Innerhalb der Konkavität ist die Vorderfläche 42 jedoch nicht nur in Richtung des zentralen Bereichs der Vorderfläche 42 nach unten geneigt, sondern auch in einer radial äußeren Richtung relativ zur Drehachse 10 nach unten geneigt. Mit anderen Worten: Der radial innere Bereich der Vorderfläche 42 in der Konkavität ragt axial über einen radial äußeren Bereich der Vorderfläche 42 in der Konkavität hinaus. Der Zweck der nach unten gerichteten Neigung radial nach außen besteht darin, die Magnetfeldlinien auf den äußeren Umfang der magnetischen Struktur 32 des Laufrads zu richten, wodurch der Hebelarm, mit dem das Laufrad 3 gedreht wird, vergrößert und somit das Drehmoment erhöht wird. Die Neigung der Konkavität sowohl zur Mitte der Vorderfläche 42 als auch radial nach außen ergibt sich bei einem Pfosten 40 mit dreieckigem Querschnitt dadurch, dass die Konkavität zur radial außen liegenden Seitenfläche des Pfostens 40 relativ zur Drehachse offen ist. Der Punkt der maximalen Tiefe der Vorderfläche 42 liegt somit am Außenumfang des jeweiligen Pfostens 40 und kann zwischen 0,05 mm und 0,3 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, besonders bevorzugt bei etwa 0,2 mm liegen.
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4 zeigt schematisch eine Abwicklung von sechs Pfosten 40a, 40b eines Magnetkerns 400, wie der in 3A und 3B gezeigte Magnetkern 400. Um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, sind zwei Aspekte wichtig. Erstens müssen einige der Pfosten in positiver Richtung magnetisiert sein, während die anderen in negativer Richtung magnetisiert sind, so dass sich die Magnetflusslinien des magnetischen Flusses von den positiv magnetisierten Pfosten durch die magnetische Struktur des Laufrads 32 zu den negativ magnetisierten Pfosten und weiter durch die Rückplatte 50 zurück zu den positiv magnetisierten Pfosten erstrecken, um ein geschlossenes Magnetfeld zu erzeugen. Zweitens muss die Magnetisierungsrichtung der Pfosten nacheinander von Pfosten zu Pfosten in einer Umfangsrichtung geändert werden, um die magnetische Struktur 32 des Laufrads 3 um die Drehachse 10 zu ziehen. Um dies zu erreichen, werden benachbarte Pfosten durch einen entsprechend gerichteten Strom, der durch die Spulenwicklungen 44 um jeden der Pfosten 40 fließt, in entgegengesetzte Richtungen magnetisiert. Beispielsweise kann ein erster Pfosten positiv magnetisiert werden, ein zweiter, benachbarter Pfosten negativ, ein dritter, benachbarter Pfosten positiv, ein vierter, benachbarter Pfosten wiederum negativ, und so weiter. In einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch immer zwei benachbarte Pfosten in einer Richtung magnetisiert, um die magnetische Struktur 32 des Laufrads 3 zu ziehen, und nur einer der nächstfolgenden Pfosten ist entgegengesetzt magnetisiert. Im Falle von sechs Pfosten sind vier Pfosten 40b in einer Richtung und zwei Pfosten 40a in der entgegengesetzten Richtung magnetisiert, wie in 4 angedeutet, in der eine Abwicklung der sechs Pfosten schematisch dargestellt ist. Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, werden die durch die konkave Vorderfläche 42 verlaufenden Magnetfeldlinien 500 aufgrund der geneigten Flächen in der Konkavität konzentriert, so dass die Magnetfeldlinien ein Bündel bilden. Die Gefahr eines Kurzschlusses in dem Sinne, dass die Magnetfeldlinien 500 benachbarte Pfosten 40a und 40b überbrücken, wird dadurch minimiert.
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Die 5A bis 5D zeigen jeweils eine Seitenansicht auf das laufradseitige Ende 420 eines Pfostens gemäß vier verschiedenen Ausführungsformen. Die in 5A gezeigte Ausführungsform entspricht der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit einer Konkavität, deren Umfang mit dem Umfang der Vorderfläche übereinstimmt und die zwei geneigte Seitenwände 42a aufweist, die sowohl nach unten in Richtung des zentralen Bereichs der Vorderfläche 42 als auch radial nach außen in Bezug auf die Drehachse geneigt sind, wie oben erläutert. Dadurch hat die Konkavität in jeder senkrecht durch die Vorderfläche 42 verlaufenden Querschnittsebene einen dreieckigen Querschnitt und ist an der radial äußeren Seite des Pfostens offen.
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Die in 5B gezeigte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform von 5A, mit der Ausnahme, dass sie einen flachen Boden 42b hat. Somit ist der dreieckige Querschnitt der Konkavität auf die radial innere Seite des Pfostens in Bezug auf die Drehachse beschränkt. Weiter radial nach außen ist der Querschnitt trapezförmig. Der Boden 42b ist also flach und parallel zur allgemeinen Ebene der Vorderfläche 42, während die Seitenwände 42a geradlinige Seitenwände mit entgegengesetzt ausgerichteten Neigungen sind.
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In der in 5C gezeigten Ausführung hat die Konkavität eine gekrümmte, geneigte Seitenwand 42a, so dass die Neigung der Konkavität am Umfang der Vorderfläche 42 maximal ist.
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Die in 5D gezeigte Ausführung ist eine Kombination der in 5B und 5C gezeigten Ausführung. Das heißt, die Konkavität hat einen flachen Boden 42b und gekrümmte geneigte Seitenwände 42a.
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Die 6A bis 6C zeigen eine perspektivische Ansicht, eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht des Abstandshalters 7. Der Abstandshalter 7 hat im Allgemeinen die Form einer Scheibe oder eines Rades mit einem durchgehenden Loch 75 in der Mitte. Der Abstandshalter 7 umfasst eine Öffnung 71 für jeden der Pfosten. Bei einer Ausführung mit sechs Pfosten 40 sind, wie dargestellt, sechs Öffnungen 71 vorhanden. Zwischen den Öffnungen 71 sind Abstandsspeichen 72 angeordnet. Wenn die Pfosten 40 in die Öffnungen 71 eingesetzt werden, halten die Abstandsspeichen 72 den Abstand zwischen den Pfosten 40 konstant. Ferner umfasst der Abstandshalter 7 einen äußeren Rand 73 und einen inneren Rand 74, die benachbarte Abstandsspeichen 72 miteinander verbinden und den Abstandshalter stabilisieren. Der Abstandshalter 7 besteht aus Titan, einem paramagnetischen Material, das einen magnetischen Kurzschluss vermeidet, wenn es zwischen den laufradseitigen Enden 420 der Pfosten 40 angeordnet ist. Titan bietet eine hohe mechanische Festigkeit, so dass der Abstandshalter 7 mit einer geringen Dicke hergestellt werden kann. Dies ist vorteilhaft für den Bauraumverbrauch. Außerdem hat Titan eine geringe elektrische Leitfähigkeit, so dass die Wirbelstromverluste minimal sind, und Titan ist leicht zu bearbeiten. Es kann jedoch auch jedes andere nichtmagnetische Material verwendet werden, sofern es stabil ist, sich mit hoher Präzision bearbeiten lässt und den Strom nicht leicht leitet. Die Verwendung von diamagnetischem Material ist ebenfalls möglich, da es dem äußeren Magnetfeld entgegenwirkt.
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7A zeigt die perspektivische Ansicht einer ersten Schicht 51 der Rückplatte 50. Die erste Schicht 51 hat die allgemeine Form einer Scheibe oder eines Rades mit einem zentralen Loch 515. Die erste Schicht 52 umfasst Öffnungen 511, in denen die hinteren Enden 450 der Pfosten 40 angeordnet werden. Die erste Schicht 51 umfasst Abstandsspeichen 512 zwischen den Öffnungen 511. Ein Zweck der Abstandsspeichen 512 ist es, den Abstand zwischen den hinteren Enden 450 der Pfosten 40 konstant zu halten. Ferner umfasst die erste Schicht 51 einen äußeren Rand 513 und einen inneren Rand 514, die die Abstandsspeichen 512 am äußeren radialen Ende bzw. am inneren radialen Ende der Öffnungen 511 verbinden. Die erste Schicht 51 kann aus einem diskontinuierlichen weichmagnetischen Material bestehen, das in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit diskontinuierlich ist. Sie kann aus mehreren ferromagnetischen Blechen 85 bestehen, insbesondere aus drei Blechen, wie in 7A gezeigt. Die Bleche 85 werden mit einem elektrisch nicht leitenden Material zusammenlaminiert, um das diskontinuierliche weichmagnetische Material zu bilden. Eine Laminierrichtung DL ist im Allgemeinen parallel zu den Blechen 85, und die Richtung der Haupterstreckung der Bleche definiert die Laminierebene. Innerhalb der Rückplatte 50 liegen die Bleche 85 senkrecht zur Drehachse 10. In der Mitte der ersten Schicht 51 ist ein Loch 515 angeordnet. Es hat den Zweck, den Zusammenbau der ersten Schicht 51 und der zweiten Schicht 52 zu erleichtern, z.B. kann es dazu dienen, die erste und zweite Schicht 51, 52 zu zentrieren.
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In 7B ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Schicht 52 der Rückplatte 50 dargestellt. Die zweite Schicht 52 hat im Wesentlichen die Form einer Scheibe mit einem Loch 525 in der Mitte, das dem Loch 515 in der ersten Schicht 51 entspricht. Die zweite Schicht 52 weist keine Öffnungen für die hinteren Enden der Pfosten 40 auf. Stattdessen bietet die zweite Schicht 52 eine Kontaktebene 526, die den hinteren Enden 450 der Pfosten 40 zugewandt ist. Die hinteren Enden 450 der Pfosten sind im montierten Zustand der Antriebseinheit in Kontakt mit der Kontaktebene 526 der zweiten Schicht 52 der Rückplatte 50, um den magnetischen Fluss zwischen den hinteren Enden 450 der Pfosten 40 und der Rückplatte 50 zu übertragen. Da alle hinteren Enden 450 der Pfosten 40 in Kontakt mit der Kontaktebene 526 stehen, kann der magnetische Fluss zwischen den Pfosten 40 ausgetauscht werden, und es kann sich ein magnetischer Nullpunkt in der zweiten Schicht 52 bilden. Um dies zu ermöglichen, ist die zweite Schicht 52 aus einem weichmagnetischen Material hergestellt. Bei dem weichmagnetischen Material kann es sich um ein diskontinuierliches weichmagnetisches Material handeln, das in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit diskontinuierlich ist und aus Blechen 85 bestehen kann, die zusammenlaminiert sind, ähnlich dem Aufbau, wie er oben in Bezug auf die erste Schicht 51 beschrieben wurde. Beispielsweise können drei Blechen 85, wie in 7B gezeigt, die zweite Schicht 52 bilden. In der zweiten Schicht 52 ist die Laminierrichtung D senkrecht zur Drehachse 10. Die Bleche 85 sind ferromagnetisch und elektrisch leitend, während Zwischenschichten zwischen den Blechen 85, die nicht explizit dargestellt sind, nicht ferromagnetisch und elektrisch nicht leitend sind. Diese Art von diskontinuierlichem weichmagnetischem Material reduziert Wirbelströme, die andernfalls durch Änderungen des magnetischen Flusses in größerem Ausmaß entstehen würden. Das Loch 525 in der Mitte der zweiten Schicht 52 hat den Zweck, den Zusammenbau der ersten Schicht 51 und der zweiten Schicht 52 zu erleichtern, z. B. kann es dazu dienen, die erste und zweite Schicht 51, 52 zu zentrieren.
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7C zeigt einen Querschnitt durch die Rückplatte 50. Sie besteht aus der ersten Schicht 51 und der zweiten Schicht 52, die an ihren Hauptflächen mit der größten Ausdehnung miteinander verbunden sind. Die Verbindung zwischen der ersten Schicht 51 und der zweiten Schicht 52 der Rückplatte 50 kann auf die gleiche Weise hergestellt werden wie zwischen den Blechen 85 der ersten und der zweiten Schicht 51, 52. Die durchgehenden Löcher 515 und 525 der ersten Schicht 51 und der zweiten Schicht 52 sind so zueinander ausgerichtet, dass die erste und die zweite Schicht 51, 52 zentriert sind. Durch das Stapeln der ersten und zweiten Schichten 51, 52 werden die Öffnungen 511 an einem Ende durch die zweite Schicht 52 verschlossen, so dass Aussparungen 501 zur Aufnahme der hinteren Enden 450 der Pfosten 40 gebildet werden. Der Boden der Aussparungen 501 bildet die Kontaktebene 526. Wenn ein Pfosten 40 in eine Aussparung 501 eingesetzt wird, berührt sein hinteres Ende 450 die Kontaktebene 526. Darüber hinaus wird die Position des Pfostens 40 durch die Abstandsspeichen 512 sowie durch die äußeren und inneren Ränder 513, 514 fixiert, die zusammen jeden der Pfosten 40 umgeben. Auf diese Weise wird eine magnetische Verbindung zwischen der zweiten Schicht 52 und den hinteren Endflächen 45 der Pfosten 40 in der Kontaktebene 526 und zusätzlich eine zweite magnetische Verbindung zwischen den Pfosten 40 und den oben genannten umgebenden Teilen der ersten Schicht 51 hergestellt. Der Hauptteil des magnetischen Flusses wird jedoch über die Kontaktebene 526 übertragen. Vorzugsweise weisen sowohl die Oberfläche am hinteren Ende 450 der Pfosten 40 als auch die Kontaktebene 526 eine vorgegebene Ebenheit auf. Auf diese Weise können Lücken zwischen der Oberfläche 45 am hinteren Ende 450 der Pfosten 40 und der Kontaktebene 526 unter einem bestimmten Wert von vorzugsweise weniger als 10 µm gehalten werden. Dadurch wird die Übertragung des magnetischen Flusses zwischen den Pfosten 40 und der Rückplatte 50 verbessert. Vorzugsweise ist kein zusätzliches Material zwischen der Oberfläche 45 am hinteren Ende 450 der Pfosten 40 und der Kontaktebene 526 vorhanden. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Übertragung des magnetischen Flusses über die Oberfläche 45 und die Rückplatte 50 unabhängig von der Art der Befestigung der Pfosten 40 an der Rückplatte 50.
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Die 8A bis 8D zeigen einen Vorbereitungsschritt zur Herstellung der Pfosten 40. 8A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Platte 8 aus einem diskontinuierlichen weichmagnetischen Material, das hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit diskontinuierlich ist und im Folgenden auch als Werkstück bezeichnet wird.
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In 8A ist die Platte 8 mit einer Breite W zum Abschneiden einer Werkstückstange 81 von der Platte 8 markiert. Die Breite W der Werkstückstange 81 ist identisch mit der Länge eines aus der Werkstückstange 81 zu fertigenden Pfostens 40. Eine vergrößerte Ansicht des in 8A durch das Rechteck R gekennzeichneten Bereichs ist in 8B dargestellt. Hier sind die gestapelten Bleche 85 des diskontinuierlichen weichmagnetischen Materials zu sehen. Die Laminierrichtung DL verläuft entlang der Hauptebene der Platte 8 und bildet somit die Laminierebene.
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8C zeigt die von der Platte 8 abgeschnittene Werkstückstange 81 als separates Stück aus diskontinuierlichem Material. Eine vergrößerte Ansicht des in 8C durch das Rechteck R gekennzeichneten Teils ist in 8D dargestellt. In dieser Ansicht sind die Platten 85 der Werkstückstange 81 sichtbar.
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9A zeigt die Werkstückstange 81 der 8C und 8D, die die Grundlage für einen Schweißschritt zur Vorbereitung des Schneidens von Pfosten 40 aus der Stange 81 bildet. Auf einer in 9A nach links weisenden Seitenebene der Stange 81 ist eine Vielzahl von Querschnitten 84 der aus der Stange 81 herzustellenden Pfosten 40 dargestellt. Die Pfosten 40 werden durch Ausschneiden dieser Querschnitte 84 aus der Stange 81 hergestellt. Da die Breite W der Stange 81 der Länge der Pfosten 40 entspricht, werden die Seitenflächen 811 und 812 der Stange 81 zu Endflächen am laufradseitigen Ende 420 und am hinteren Ende 450 der Pfosten 40.
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9B zeigt den nächsten Vorbereitungsschritt vor dem Ausschneiden der Pfosten 40. Zwei Schweißnähte 82 und 83 werden auf der Stirnseite 811 der Stange 81 im Abstand zueinander und quer zu den Querschnitten 84 eines auszuschneidenden Pfostens 40 geschweißt. Die Schweißnähte 82 und 83 verlaufen rechtwinklig zur Laminierrichtung DL der Bleche 85. Auf diese Weise werden die Bleche des diskontinuierlichen Materials miteinander verbunden. Anstelle von zwei Schweißnähten kann auch eine einzige Schweißnaht vorgesehen werden. Darüber hinaus können ähnliche Schweißnähte auf der gegenüberliegenden Seitenfläche 812 der Stange 81 vorgesehen werden. Die Bleche 85 sind durch die Schweißnähte 82 und 83 mechanisch besser miteinander verbunden und werden auch elektrisch verbunden. Letzteres hat den Vorteil, dass elektrischer Strom von jeder Stelle des diskontinuierlichen weichmagnetischen Materials, das zu einem Pfosten 40 werden soll, zu jeder elektrischen Anschlussstelle der Stange 81 fließen kann, was z.B. für die Funkenerosion erforderlich sein kann. Auf diese Weise wird die Funkenerosion erheblich erleichtert. Außerdem wird eine höhere Prozesssicherheit erreicht, da die ausgeschnittenen Pfosten 40 nicht delaminieren können. Vorzugsweise wird das Laserschweißen angewendet. Es kann vorteilhaft sein, dieselbe Schweißnaht zweimal oder sogar noch öfter mit Schweißstrom zu beaufschlagen. Der durch das Rechteck R gekennzeichnete Teil der Stange 81 ist in 9C vergrößert dargestellt.
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So zeigt 9C eine Vielzahl von Querschnitten 84 von Pfosten 40, die aus der Stange 81 herauszuschneiden sind. Die Querschnitte 84 haben eine im Wesentlichen dreieckige Form. Wie dargestellt, können die Ecken abgerundet sein. Eine konvexe Seite 842 des Dreiecks, die in 9C an der linken Seite des Querschnitts 84 gezeigt ist, hat eine konvexe Form. Diese Art des Querschnitts 84 ist vorteilhaft, um den verfügbaren Bauraum im Inneren des zylindrischen Pumpengehäuses 2 voll auszunutzen. Eine Halbierungslinie einer Ecke 841 des Querschnitts 84, die der konvexen Seite 842 des Querschnitts 84 gegenüberliegt, ist zur Laminierrichtung DL ausgerichtet. Auf diese Weise verlaufen die Bleche 85 symmetrisch durch den Querschnitt 84.
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10 zeigt einen Pfosten 40, der aus einer Stange 81 herausgeschnitten wurde. Wie zu erkennen ist, sind die Schweißnähte 82 und 83 auf der Oberfläche 45 am hinteren Ende 450 der Stange 81 noch vorhanden. Der Pfosten 40 hat über seine gesamte Länge einen konstanten Querschnitt 84. Falls erforderlich, können die Schweißnähte 82 und 83 nach dem Ausschneiden des Pfostens 40 entgratet werden. Gleichzeitig oder in einem weiteren Schritt wird am gegenüberliegenden Ende des Pfostens 40 eine Konkavität mit einer Struktur gemäß einer der 5A bis 5D oder mit einer anderen Struktur in die Oberfläche geschnitten, die später die Vorderfläche 42 des laufradseitigen Endes 420 des Pfostens 40 bildet. Alternativ kann die Konkavität auch vor dem Anbringen der Schweißnähte und dem Ausschneiden der Pfosten 40 aus der Stange 81 geformt werden, z. B. durch Drahterodieren.
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11 zeigt eine weitere Anordnung von zwei Querschnitten 84 auf einer Seitenfläche 811 einer Werkstückstange 81. Im Gegensatz zu den in den 9A bis 9C gezeigten Werkstückstangen 81 hat die Seitenfläche 811 der Werkstückstange 81 der 11 eine Größe, die es erlaubt, zwei Querschnitte 84 nebeneinander in einer Richtung senkrecht zur Laminierrichtung DL anzuordnen. Die Querschnitte 84 sind relativ zur Laminierrichtung DL so ausgerichtet, dass die Halbierungslinie B einer Ecke jedes der Querschnitte 84, die ihrer jeweiligen konvexen Seite 842 gegenüberliegt, zur Laminierrichtung DL ausgerichtet ist. Diese Art der Anordnung der Querschnitte 84 entlang der Stange 81 spart Material. Es fällt weniger Abfallmaterial an. Es ist denkbar, noch mehr Querschnitte 84 der Pfosten 40 in einer Richtung senkrecht zur Laminierrichtung DL zu stapeln, je nach Dicke der Stange 81 und den gewünschten Querschnittsabmessungen der Pfosten 40. Jede der Schweißnähte 82 und 83 verläuft quer zu jedem der Querschnitte 84. Die Schweißnähte 82, 83 verlaufen über die gesamte Seitenfläche 811 der Stange 81 in einer Richtung senkrecht zur Laminierrichtung DL. Auf diese Weise sind alle Bleche 85 des diskontinuierlichen weichmagnetischen Materials der Stange 81 miteinander verbunden.
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12 zeigt ein Beispiel eines aus einer geschweißten Stange 81 ausgeschnittenen Pfostens 40, und zwar eine Vorderansicht auf die hintere Endfläche 45 des Pfostens 40.
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Wie in 12 gezeigt, verläuft entlang der konvexen Seite 842 des Querschnitts 84 eine einzelne Schweißnaht 86 von beträchtlicher Breite, die mehr als etwa ein Drittel der Höhe des dreieckigen Querschnitts 84 ausmachen kann. Die Schweißnaht 86 verläuft senkrecht zur Laminierrichtung DL, so dass sie alle Bleche miteinander verbindet. Zwei Schweißnähte, wie in 11 gezeigt, sind jedoch gegenüber einer einzigen Schweißnaht vorzuziehen. Auch hier ist eine Halbierungslinie B einer Ecke 841, die der konvexen Seite 842 gegenüberliegt, zur Laminierrichtung DL ausgerichtet.
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13 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Antriebseinheit-Laufrad-Anordnung für die Blutpumpe 1 gemäß 1. Ähnlich wie bei der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform weist die Vorderfläche 42 des laufradseitigen Endes 420 eine Konkavität auf, die sich von der magnetischen Struktur 32 des Laufrads 3 radial nach außen hin verjüngt. Darüber hinaus erstrecken sich die laufradseitigen Enden 420 der Pfosten 40 nicht radial über die Wicklungen 44 hinaus. Vielmehr ist der Querschnitt der Pfosten 40 in Richtung der Längsachse LA der Pfosten 40 konstant. Dadurch wird vermieden, dass sich die Pfosten 40 einander annähern, da dies zu einem partiellen magnetischen Kurzschluss und damit zu einer Leistungsminderung des Elektromotors der Blutpumpe führen könnte.
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Auch hier kann die Antriebseinheit gemäß 13 aus mindestens zwei Pfosten 40 bestehen. Die Anzahl der Pfosten ist vorzugsweise ein Vielfaches von drei und kann somit drei, neun oder zwölf betragen. Alternativ kann die Anzahl der Pfosten auch ein Vielfaches von zwei sein, wie beispielsweise zwei, vier, sechs, acht, zehn oder zwölf. Es sind auch höhere Zahlen von Pfosten 40 möglich. Eine Anzahl von sechs Pfosten 40 wird bevorzugt. Aufgrund der Querschnittsansicht sind nur zwei Pfosten 40 sichtbar. Die Pfosten 40 und die Rückplatte 50 bilden einen Magnetkern 400 der Antriebseinheit 4, der einen Durchmesser von weniger als 10 mm haben kann.
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Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform durch einen anderen Aufbau des Magnetkerns. Hier umfasst der Magnetkern 400 die magnetischen Komponenten der Antriebseinheit 4, d. h. die Pfosten 40 und die Rückplatte 50, in einem einzigen Stück oder Monoblock. Der Monoblock besteht aus diskontinuierlichem weichmagnetischem Material. Das diskontinuierliche weichmagnetische Material ist hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit diskontinuierlich. Wie in der Figur dargestellt, besteht es aus einer Vielzahl von Blechen 85 aus ferromagnetischem Material, die zu einem Monoblock 9 zusammenlaminiert sind, wie in 14C gezeigt. Die Laminierrichtung DL ist parallel zur Drehachse 10.
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Die Spulenwicklungen 44 reichen bis zum laufradseitigen Ende 420 der Pfosten 40. Dies hat den Vorteil, dass eine magnetomotorische Kraft entlang des gesamten Pfostens 40 erzeugt werden kann. Der Magnetkern 400 weist am hinteren Ende 450 der Pfosten 40 einen Vorsprung 401 auf, der radial von den Pfosten 40 absteht. Dieser Vorsprung 401 bildet einen Anschlag für die Spulenwicklungen 44 in Richtung der Rückplatte 50. Da der integrale Magnetkern 400 die Rückplatte 50 und die Pfosten 40 mit hoher Steifigkeit verbindet, kann auf einen Abstandshalter zwischen den Pfosten 40 am laufradseitigen Ende 420 der Pfosten verzichtet werden. Der integrierte Magnetkern 400 bietet den Vorteil, dass eine optimale magnetische Verbindung zwischen den Pfosten 40 und der Rückplatte 50 erreicht wird. Der Magnetkern 400 kann einen Durchmesser von weniger als 10 mm haben.
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Die 14A bis 14C zeigen Schritte zur Herstellung des Magnetkerns 400 für die Antriebseinheit 4 der in 13 gezeigten Antriebseinheit-Laufrad-Anordnung. 14A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Monoblocks 9 in kubischer Form, der ein Werkstück zur Herstellung des Magnetkerns 400 bildet. Der Monoblock 9 besteht aus einem diskontinuierlichen weichmagnetischen Material, das hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit diskontinuierlich ist. Er besteht aus Blechen 85, die in einer Laminierrichtung DL ausgerichtet sind, die entlang der Hauptebene der Bleche 85 verläuft. Die Bleche 85 sind mit ihrem jeweiligen benachbarten Blech durch eine Verbindungsschicht aus elektrisch nicht leitendem Material verbunden, die in den 14A bis 14C nicht explizit dargestellt ist.
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14B zeigt den Magnetkern 400 in einem halbfertigen Zustand, in dem er aus dem kubischen Monoblock 9 zu einem im Wesentlichen zylindrischen Körper 94 bearbeitet wurde. In diesem Bearbeitungsschritt wird der Vorsprung 401 hergestellt. Ein Abschnitt 404 mit reduziertem Durchmesser des Körpers 94, der eine Umfangsfläche der Pfosten 40 des Magnetkerns 400 bildet, wird mit einem Durchmesser hergestellt, der einem Außenradius der äußersten konvexen Seitenflächen 842 der Pfosten 40 entspricht.
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Dann wird der Körper 94 weiter gefertigt, um den Magnetkern 400 herzustellen, wie in 14C gezeigt. Für diesen Fertigungsschritt kann die Funkenerosion verwendet werden. Beispielsweise können die Schlitze 49, die die Pfosten 40 voneinander trennen, mit Hilfe der Funkenerosion durch Drahtschneiden hergestellt werden. Innerhalb der Schlitze ist Platz für die Spulenwicklungen 44 vorgesehen. Am Boden der Schlitze 49 erstreckt sich ein Zwischenbereich 59 der integrierten Rückplatte 50 zwischen den hinteren Enden der Pfosten 40. Der Zwischenbereich 59 ist einstückig mit den Pfosten 40 und mit der Rückplatte 50. Somit wird der gesamte Magnetkern durch den Monoblock 9 gebildet.
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Die Laminierrichtung DL im Magnetkern 400 ist so gewählt, dass sie parallel zur Drehachse 10 verläuft. Es kann toleriert werden, dass die Laminierrichtung DL in der Grundplatte 50 nicht parallel zum magnetischen Fluss zwischen den Pfosten 40 in der Grundplatte 50 ist. Es ist auch möglich, den Magnetkern 400 aus gewickeltem weichmagnetischem Blechmaterial herzustellen, das durch elektrisch nicht leitende Schichten getrennt ist. Dann ist die Laminierrichtung DL in der Grundplatte 50 immer in Umfangsrichtung, was vorteilhaft ist, um Wirbelströme im magnetischen Fluß in der Grundplatte 50 zu vermeiden.
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Die 15A bis 15C zeigen, wie eine oder mehrere Schweißnähte an den Oberflächen des integrierten Magnetkerns, wie er gemäß 14A bis 14C hergestellt wurde, angebracht werden können. Dementsprechend sind in der gezeigten Ausführungsform drei Schweißnähte 82, 83 an einer Seitenfläche des kubischen Monoblocks 9 vorgesehen. Die Schweißnähte 82, 83 sind in einem Abstand zueinander und quer zum Querschnitt des aus dem Monoblock 9 auszuschneidenden Körpers 94 geschweißt. Die Schweißnähte 82, 83 verlaufen rechtwinklig zur Laminierrichtung DL der Bleche 85. Auf diese Weise werden die Bleche des diskontinuierlichen weichmagnetischen Materials miteinander verbunden. Anstelle von drei Schweißnähten können auch mehr Schweißnähte oder eine einzige breitere Schweißnaht vorgesehen werden. Darüber hinaus können ähnliche Schweißnähte auf der gegenüberliegenden Seite des Monoblocks 9 (nicht dargestellt) vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich zu den Schweißnähten an den gegenüberliegenden Seitenflächen können eine oder mehrere Schweißnähte an einer Seitenfläche des Monoblocks 9 in Höhe der Rückplatte 50 vorgesehen werden, um die Rückplatte 50 vollständig oder zumindest teilweise zu umschließen. Die Bleche 85 sind durch die Schweißnähte 82, 83 nicht nur mechanisch, sondern auch elektrisch besser miteinander verbunden. Letzteres hat den Vorteil, dass elektrischer Strom von jeder Stelle des diskontinuierlichen weichmagnetischen Materials zu jeder Stelle des elektrischen Anschlusses im Körper 94 fließen kann, was z. B. für die Funkenerosion erforderlich sein kann. Auf diese Weise wird die Funkenerosion erheblich erleichtert. Darüber hinaus wird eine höhere Prozesssicherheit erreicht, da die aus dem Körper 94 auszuschneidende Rückplatte-Pfosten-Einheit nicht delaminieren kann. Vorzugsweise wird das Laserschweißen angewendet. Es kann vorteilhaft sein, dieselbe Schweißnaht zweimal oder sogar noch öfter mit Schweißstrom zu beaufschlagen.
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Anschließend wird der Körper 94 maschinell bearbeitet, um den Magnetkern 400 zu bilden, wie in 15C gezeigt. In dieser zweiten Ausführungsform haben die Konkavitäten in den Vorderflächen 42 der Pfosten 40 drei statt zwei geneigte Seitenwände, die alle zur Mitte der Vorderfläche hin nach unten geneigt sind. Der Außenumfang der Konkavität fällt mit dem Außenumfang der Vorderfläche 42 des Pfostens 40 zusammen. Die Konkavität ist jedoch zu keiner Seitenfläche des Pfostens 40 offen. Insbesondere ist die in 14C gezeigte Ausführungsform mit nur zwei geneigten Seitenwänden effektiver und daher bevorzugt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/162619 A1 [0003, 0004, 0020, 0044]
- WO 2019/057636 A1 [0021]
