EP0094379B1 - Rotationspumpe zur Förderung gasförmiger und flüssiger Stoffe, insbesonders zur Verwendung als Antriebseinheit für Membranblutpumpen - Google Patents

Rotationspumpe zur Förderung gasförmiger und flüssiger Stoffe, insbesonders zur Verwendung als Antriebseinheit für Membranblutpumpen Download PDF

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EP0094379B1 EP83890083A EP83890083A EP0094379B1 EP 0094379 B1 EP0094379 B1 EP 0094379B1 EP 83890083 A EP83890083 A EP 83890083A EP 83890083 A EP83890083 A EP 83890083A EP 0094379 B1 EP0094379 B1 EP 0094379B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/22—Rotary-piston machines or pumps of internal-axis type with equidirectional movement of co-operating members at the points of engagement, or with one of the co-operating members being stationary, the inner member having more teeth or tooth-equivalents than the outer member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/10—Fluid working
    • F04C2210/1016—Blood
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S128/00—Surgery
    • Y10S128/03—Heart-lung

Definitions

  • the invention relates to a rotary pump for driving diaphragm blood pumps and for the conveyance of gaseous and liquid substances, in the manner of a trochoidal rotary piston pump, which with a 2: 3 ratio with a two-armed trochoidal jacket raceway and a triangular piston rotating on an eccentric of an eccentric shaft, with its Corners with the jacket raceway is in constant sliding contact.
  • the invention relates to rotary pumps which, because of their small external dimensions, can be used wherever minimal space requirement of these pumps is a functional necessity or makes this appear desirable.
  • these pumps can be used as pneumatic gas pumps or as hydraulic liquid pumps for driving diaphragm blood pumps and their special forms such as B. peristaltic pump, the pulsation pump or the peristaltic pump can be used.
  • rotary pumps are generally used in technology, but especially in the field of cardiac technology as pneumatic or hydraulic rotary pumps.
  • the invention relates to the position of the suction or exhaust openings.
  • Rotary pumps and compressors have become known from AT-B-355 177, AT-B-351 137, DE-A-2 402 084, DE-A-2 242 247 and DE-A-2 021 513, where the inlets are described as both peripheral and side inlets.
  • Neither of these rotary machines describes a pump or a compressor, where the respective inlet is used alternately at the same time as a suction or discharge opening despite continuous rotation of the piston and maintaining the direction of rotation of the piston, the direction of rotation being irrelevant, as disclosed by the subject matter of this invention .
  • a rotary piston machine working in the manner of a trochoidal rotary piston machine has also become known (DE-A-2 819 851) which, in the sense of the publication “Classification of the rotary piston machine ” by F. Wankel, is a trochoidal rotary piston machine with a 2: 3 or one that has been known for a long time 1: 2 translation in slip intervention with outer stationary working space wall and external sealing parts.
  • This blood pump referred to as the “artificial heart”, is to be driven by an electric motor located outside the pump housing.
  • this heart pump should not be used as a high-speed compressor or motor, but rather as a slow-running heart pump that pumps the blood directly, so that the blood comes into direct contact with the internal parts of the pump.
  • the pump according to the invention works as a secondary pump in that a diaphragm (blood) pump is driven hydraulically or pneumatically, as a result of which the blood does not come into direct contact with the inner parts of the rotary pump.
  • An object of the invention is to avoid these disadvantages.
  • the solution to the problem according to the invention lies in the fact that in a rotary pump of the type mentioned at the beginning, two suction or ejection channels, which run through the housing jacket and open into the jacket raceway, are provided, the mouth openings of which each have an overflow pocket, which are recesses over an equally large section extend in the same direction, with the position and dimension of the orifices with overflow pockets being determined so that - viewed in the radial section of the pump - the control edges of the two orifices with overflow pockets, which are in the direction of rotation of the piston, coincide with one of the two simultaneous points of the two-armed trochoids of the jacket raceway , while the position of the rear control edges of the two orifices with overflow pockets in the direction of rotation of the piston is determined such that, for example when the piston is in a dead center position, the leading piston corner immediately r lies above the front control edge of one of the two orifices, while the trailing piston corner lies directly above the rear control edge of the other orifice
  • each mouth opening with overflow pockets completely or partially interrupts the trochoidal jacket raceway in width.
  • each mouth opening with overflow pocket is additionally recessed in a known manner in the region of the housing shell in at least one side wall in the form of an overflow pocket.
  • the rotary pump according to the invention has a housing which consists of a housing jacket 1 with a trochoidal jacket raceway 2 and two side walls, of which only the one designated by 4 is visible in the drawing.
  • a triangular piston 5 rotates on an eccentric 6, the shaft of which is designated 7 and which passes through the side parts.
  • sealing parts which consist of sealing strips 8 and sealing bolts 9. Furthermore, sealing strips 10 are provided on the lateral piston edges, their ends abutting the sealing bolts 9. With the sealing strips 8, the piston 5 is in constant sliding engagement with the jacket raceway 2.
  • the movement of the piston 5 is controlled by the gear transmission 11.
  • the drawing further shows that two suction or exhaust channels running through the housing jacket 1 and opening into the jacket raceway 2 are provided, the mouth openings 12, 12 'of which each have an overflow pocket 120 or 120', which are each in the same size as recesses Extend section (arc) of the casing raceway 2 in the same direction, the position and dimension of the orifices 12, 12 'with overflow pockets 120, 120' being determined such that - viewed in the radial section of the pump - the control edges 16 at the front in the direction of rotation 13 of the piston 5, 16 'of the two orifices 12, 12' with overflow pockets 120, 120 'each with one of the two simultaneous points D i , D, the two-arched trochoids of the outer raceway 2 coincide, while the position of the control edges 14, 14' which are at the rear in the direction of rotation 13 of the piston 5 of the two orifices 12, 12 'with overflow pockets 120, 120' is determined such that, for example, when the piston 5 is in the dead center position
  • the drive unit consisting of an electric motor or an electric motor with a gearbox, is usually accommodated outside the rotary pump, and the drive takes place via the eccentric shaft 7.
  • the rotary pump according to the invention is designed for a portable drive unit outside of a human or animal body or is even implanted in a human or animal body, it makes more sense due to the small construction volume if the electric motor including the gearbox is housed inside the piston 5, which is energy-efficient is possible because the pump power of an implanted membrane blood pump requires a few watts of power.
  • the electric motor can also be accommodated inside the piston and the gear outside the pump, or the gear inside the piston and the electric motor outside the pump.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe für den Antrieb von Membranblutpumpen und zur Förderung gasförmiger und flüssiger Stoffe, in der Art einer Trochoidkreiskolbenpumpe, die bei einer 2:3 Übersetzung mit einer zweibogigen trochoidenförmigen Mantellaufbahn und einem auf einem Exzenter einer Exzenterwelle umlaufenden dreieckigen Kolben, der mit seinen Ecken mit der Mantellaufbahn in ständig gleitender Berührung steht, ausgestattet ist.
  • Die Erfindung bezieht sich dabei auf Rotationspumpen, welche aufgrund ihrer geringen Aussenmasse überall dort eingesetzt werden können, wo minimaler Platzbedarf dieser Pumpen eine funktionelle Notwendigkeit darstellt oder dies als wünschenswert erscheinen lässt. Diese Pumpen können auf dem Gebiet der Herztechnologie als pneumatische Gaspumpen oder als hydraulische Flüssigkeitspumpen für den Antrieb von Membranblutpumpen sowie deren speziellen Sonderformen wie z. B. Peristaltikpumpe, der Kopulsationspumpe oder der Schlauchventrikelpumpe verwendet werden.
  • Diese Rotationspumpen sind allgemein in der Technik, besonders jedoch auf dem Gebiet der Herztechnologie als pneumatische beziehungsweise hydraulische Rotationspumpen einsetzbar. Im speziellen betrifft die Erfindung die Lage der Ansaug- beziehungsweise Aussstossöffnungen.
  • Aus der AT-B-355 177, der AT-B-351 137, der DE-A-2 402 084, der DE-A-2 242 247 und der DE-A-2 021 513 sind Rotationspumpen und Verdichter bekannt geworden, bei denen die Einlässe sowohl als Umfangs- als auch als Seiteneinlass beschrieben werden. Keine dieser Rotationsmaschinen beschreibt eine Pumpe oder einen Verdichter, wo der jeweilige Einlass alternierend zugleich als Ansaug- beziehungsweise als Ausstossöffnung trotz durchlaufender Drehung des Kolbens und Beibehaltung der Drehrichtung des Kolbens verwendet wird, wobei die Drehrichtung egal ist, so wie es der Gegenstand dieser Erfindung offenbart.
  • Beim derzeitigen Stand der Herzpumpentechnik besteht die Tendenz zur Entwicklung pulsatil arbeitender Blutpumpen dahingehend, dass Membranblutpumpen mittels Druckplatten 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.
  • Eine andere derzeitige Entwicklung verwendet eine 2:3 übersetzte Wankelpumpe, deren Ein- und Auslassöffnungen allerdings so angeordnet sind, dass der Rotationskolben nur im Wendebetrieb arbeiten kann, was letztlich von grossem Nachteil ist - was die Laufruhe, den Leistungsverbrauch und die starke mechanische Abnützung der Getriebeteile betrifft- und wozu eigentlich eine Hubpumpe besser geeignet erscheint.
  • Es wurde auch schon eine nach Art einer Trochoidkreiskolbenmaschine arbeitende Rotationskolbenmaschine bekannt (DE-A-2 819 851), die im Sinne der Veröffentlichung «Einteilung der Rota- tionskolbenmaschine" von F. Wankel eine schon lange bekannte Trochoidkreiskolbenmaschine mit einer 2:3 oder einer 1:2 Übersetzung im Schlupfeingriff mit äusserer ruhender Arbeitsraumwandung und aussenliegenden Dichtteilen darstellt.
  • Der Antrieb dieser als «Künstliches Herz» bezeichneten Blutpumpe soll durch einen ausserhalb des Pumpengehäuses befindlichen Elektromotor erfolgen.
  • Diese Herzpumpe soll gemäss den Darlegungen in der DE-A-2 819 851 nicht als schnellaufender Verdichter oder Motor, sondern als langsamlaufende Herzpumpe eingesetzt werden, die das Blut direkt pumpt, so dass das Blut mit den Innenteilen der Pumpe in direkten Kontakt kommt. Die erfindungsgemässe Pumpe arbeitet im Gegensatz zum Bekannten jedoch als Sekundärpumpe, indem damit eine Membran(blut)pumpe hydraulisch oder pneumatisch angetrieben wird, wodurch das Blut mit den Innenteilen der Rotationspumpe nicht in direkten Kontakt kommt.
  • Der Nachteil all dieser Entwicklungen liegt darin, dass entweder die Antriebseinheiten für transportable Geräte zu gross geraten oder dass bei entsprechender Kleinheit diese Antriebseinheiten eine zu geringe Pumpleistung entwickeln.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.
  • Die erfindungsgemässe Lösung des Problems liegt darin, dass bei einer Rotationspumpe der eingangs erwähnten Art zwei durch den Gehäusemantel verlaufende und in die Mantellaufbahn mündende Ansaug- beziehungsweise Ausstosskanäle vorgesehen sind, deren Mündungsöffnungen jeweils eine Überströmtasche aufweisen, die sich als Ausnehmungen über jeweils einen gleich grossen Abschnitt der Mantellaufbahn gleichsinnig erstrecken, wobei die Lage und Abmessung der Mündungsöffnungen mit Überströmtaschen so bestimmt ist, dass - im Radialschnitt der Pumpe betrachtet-die in Drehrichtung des Kolbens vorderen Steuerkanten der beiden Mündungsöffnungen mit Überströmtaschen mit je einem der beiden Simultanpunkte der zweibogigen Trochoide der Mantellaufbahn zusammenfallen, während die Lage der im Drehsinn des Kolbens hinteren Steuerkanten der beiden Mündungsöffnungen mit Überströmtaschen so bestimmt ist, dass beispielsweise bei Totpunktstellung des Kolbens in einer Kammer die vorlaufende Kolbenecke unmittelbar über der vorderen Steuerkante einer der beiden Mündungsöffnungen liegt, während die nachlaufende Kolbenecke unmittelbar über der hinteren Steuerkante der anderen Mündungsöffnung liegt, sodass trotz durchlaufender Drehung des Kolbens und Beibehaltung der Drehrichtung des Kolbens eine alternierende Saug- und Ausstosswirkung an den Öffnungen der Pumpe auftritt, wobei die Drehrichtung egal ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jede Mündungsöffnung mit Überströmtaschen die trochoidförmige Mantellaufbahn der Breite nach ganz oder zum Teil unterbricht.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann dann vorgesehen werden, dass jede Mündungsöffnung mit Überströmtasche in bekannter Weise im Bereich des Gehäusemantels zusätzlich in mindestens einer Seitenwand in Form einer Überströmtasche eingesenkt ist.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Diese zeigt eine erfindungsgemässe Rotationspumpe im Radialschnitt mit in Draufsicht gezeigtem, in Totpunktstellung befindlichem Kolben.
  • Die erfindungsgemässe Rotationspumpe weist ein Gehäuse auf, welches aus einem Gehäusemantel 1 mit trochoidenförmiger Mantellaufbahn 2 und zwei Seitenwänden besteht, von denen nur die mit 4 bezeichnete in der Zeichnung sichtbar ist.
  • In dem Gehäuse läuft ein dreieckiger Kolben 5 auf einem Exzenter 6 um, dessen Welle mit 7 bezeichnet ist und welche die Seitenteile durchsetzt.
  • An den Ecken des Kolbens 5 sind Dichtteile vorgesehen, die aus Dichtleisten 8 und Dichtbolzen 9 bestehen. Ferner sind an den seitlichen Kolbenrändern Dichtstreifen 10 vorgesehen, die mit ihren Enden an den Dichtbolzen 9 anliegen. Mit den Dichtleisten 8 ist der Kolben 5 in ständigem gleitenden Eingriff mit der Mantellaufbahn 2.
  • Die Bewegung des Kolbens 5 wird von dem Zahnradgetriebe 11 gesteuert.
  • Die Zeichnung zeigt weiters, dass zwei durch den Gehäusemantel 1 verlaufende und in die Mantellaufbahn 2 mündende Ansaug- beziehungsweise Ausstosskanäle vorgesehen sind, deren Mündungsöffnungen 12, 12' jeweils eine Überströmtasche 120 bzw. 120' aufweisen, die sich als Ausnehmungen über jeweils einen gleich grossen Abschnitt (Bogen) der Mantellaufbahn 2 gleichsinnig erstrecken, wobei die Lage und Abmessung der Mündungsöffnungen 12, 12' mit Überströmtaschen 120, 120' so bestimmt ist, dass - im Radialschnitt der Pumpe betrachtet-die in Drehrichtung 13 des Kolbens 5 vorderen Steuerkanten 16, 16' der beiden Mündungsöffnungen 12, 12' mit Überströmtaschen 120, 120' mit je einem der beiden Simultanpunkte Di, D, der zweibogigen Trochoide der Mantellaufbahn 2 zusammenfallen, während die Lage der im Drehsinn 13 des Kolbens 5 hinteren Steuerkanten 14, 14' der beiden Mündungsöffnungen 12, 12' mit Überströmtaschen 120, 120' so bestimmt ist, dass beispielsweise bei Totpunktstellung des Kolbens 5 in einer Kammer A die vorlaufende Kolbenecke 17 unmittelbar über der vorderen Steuerkante 16' einer der beiden Mündungsöffnungen 12' liegt, während die nachlaufende Kolbenecke 15 unmittelbar über der hinteren Steuerkante 14 der anderen Mündungsöffnung 12 liegt.
  • Für den Antrieb der erfindungsgemässen Rotationspumpen ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. Erfolgt der Einsatz dieser Pumpen ausserhalb des menschlichen oder tierischen Körpers, so ist die Antriebseinheit, bestehend aus einem Elektromotor oder einem Elektromotor mit Getriebe meist ausserhalb der Rotationspumpe untergebracht, und der Antrieb erfolgt über die Exzenterwelle 7.
  • Wird die erfindungsgemässe Rotationspumpe jedoch für eine tragbare Antriebseinheit ausserhalb eines menschlichen oder tierischen Körpers konzipiert oder sogar in einem menschlichen oder tierischen Körper implantiert, so ist es aufgrund des geringen Bauvolumens sinnvoller, wenn der Elektromotor samt Getriebe im Inneren des Kolbens 5 untergebracht ist, was energiemässig möglich ist, da die Pumpleistung einer implantierten Membranblutpumpe einiger Watt an Leistung bedarf.
  • Es kann aber auch der Elektromotor im Innern des Kolbens und das Getriebe ausserhalb der Pumpe, oder das Getriebe innerhalb des Kolbens und der Elektromotor ausserhalb der Pumpe untergebracht sein.

Claims (3)

1. Rotationspumpe für den Antrieb von Membranblutpumpen und zur Förderung gasförmiger und flüssiger Stoffe, in der Art einer Trochoidkreiskolbenpumpe, die bei einer 2:3 Übersetzung mit einer zweibogigen trochoidenförmigen Mantellaufbahn (2) und einem auf einem Exzenter (6) einer Exzenterwelle (7) umlaufenden dreieckigen Kolben (5) ausgestattet ist, der mit seinen Ecken mit der Mantellaufbahn (2) in ständig gleitender Berührung steht, dadurch gekennzeichnet, dass zwei durch den Gehäusemantel (1) verlaufende und in die Mantellaufbahn (2) mündende Ansaugbeziehungsweise Ausstosskanäle vorgesehen sind, deren Mündungsöffnungen (12, 12') jeweils eine Überströmtasche (120, 120') aufweisen, die sich als Ausnehmungen über jeweils einen gleich grossen Abschnitt der Mantellaufbahn (2) gleichsinnig erstrecken, wobei die Lage und Abmessung der Mündungsöffnungen (12, 12') mit Überströmtaschen (120,120') so bestimmt ist, dass - im Radialschnitt der Pumpe betrachtet - die in Drehrichtung (13) des Kolbens (5) vorderen Steuerkanten (16, 16') der beiden Mündungsöffnungen (12, 12') mit Überströmtaschen (120, 120') mit je einem der beiden Simultanpunkte (D1, D2) der zweibogigen Trochoide der Mantellaufbahn (2) zusammenfallen, während die Lage der im Drehsinn (13) des Kolbens (5) hinteren Steuerkanten (14, 14') der beiden Mündungsöffnungen (12, 12') mit Überströmtaschen (120, 120') so bestimmt ist, dass beispielsweise bei Totpunktstellung des Kolbens (5) in einer Kammer (A) die vorlaufende Kolbenekke (17) unmittelbar über der vorderen Steuerkante (16') einer der beiden Mündungsöffnungen (12') liegt, während die nachlaufende Kolbenecke (15) unmittelbar über der hinteren Steuerkante (14) der anderen Mündungsöffnung (12) liegt.
2. Rotationspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Mündungsöffnung (12, 12') mit Überströmtaschen (120, 120') die trochoidenförmige Mantellaufbahn (2) der Breite nach ganz oder zum Teil unterbricht.
3. Rotationspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Mündungsöffnung (12, 12') mit Überströmtasche (120, 120') in bekannter Weise im Bereich des Gehäusemantels (1) zusätzlich in mindestens einer Seitenwand (3, 4) in Form einer Überströmtasche eingesenkt ist.
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