WO1998004834A1 - Zentrifugalpumpe zur förderung von blut und anderen scherempfindlichen flüssigkeiten - Google Patents

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WO1998004834A1
WO1998004834A1 PCT/AT1997/000173 AT9700173W WO9804834A1 WO 1998004834 A1 WO1998004834 A1 WO 1998004834A1 AT 9700173 W AT9700173 W AT 9700173W WO 9804834 A1 WO9804834 A1 WO 9804834A1
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Heinrich Schima
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Definitions

  • the rotor blades can have asymmetrically different surfaces and / or angles of attack and thereby cause an asymmetrical flow on the rear wall of the pump.
  • the drive itself can advantageously be designed in several variants.
  • the drive rotor comprises an upper and a lower rotor disk, and the magnetic coils of the stator lie between these two rotor disks.
  • the lower rotor disk of the drive can have a magnetic yoke in the form of a magnetically conductive disk or ring, for example made of soft iron.
  • the coils can be arranged in several offset layers and / or wound at an angle to the plane of the coil body.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe bestehend aus einem Pumpenkopf und einem Antrieb zur Förderung von Blut und anderen scherempfindlichen Flüssigkeiten wie z.B. zellhältigen Reinigungssuspensionen in Blutreinigungsgeräten und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (2) einen Antriebsrotor (64) mit einer Rotorscheibe (8) aufweist, die mit Permanent-Antriebsmagneten (7) versehen sind, denen am Pumpenrotor (3) anbgebrachte Permanentmagnete (33) zur magnetischen Kupplung und im Antrieb den Magnetspulen (4) eines Stators zur Erzeugung der Drehbewegung zugeordnet sind und daß die Pumpenrotorachse (61) sich in den Pumpeneinlauf (11) hinein erstreckt und im Pumpeneinlauf (11) magnetisch zentriert ist.

Description

Zentrifugalpumpe zur Förderung von Blut und anderen scherempfindliehen Flüssigkeiten
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe bestehend aus einem Pumpenkopf und einem Antrieb zur Förderung von Blut und anderen scherempfindlichen Flüssigkeiten wie zB. zellhältigen Reinigungssuspensionen in Blutrei- nigungsgeräten.
Für die Förderung empfindlicher Flüssigkeiten, die durch überhöhte Reibung und Scherbeanspruchung in ihrer Zusammensetzung geändert werden können, werden in zunehmendem Aus- maß Zentrifugalpumpen verwendet. Insbesondere in medizinischen und biologischen Anwendungen werden derartige Pumpen beispielsweise für Herz-Lungen-Maschinen, für die Unterstützung des versagenden Herzens sowie für Zwecke der Blut- Aufbereitung und für Suspensionen von Zellen oder biolo- gisch aktiver Teilchen eingesetzt. Dabei wird der Rotor der Pumpe meist über einen konventionellen Motor angetrieben, wobei die Einkopplung der Energie entweder über eine zusätzliche Magnetscheibe des Antriebs in die Magnete des Pumpenrotors erfolgt, oder wobei die Magnete des Pumpenro- tors in axialer Richtung verlängert und damit als Rotor des Elektromotors im Drehfeld des Stators angeordnet sind. Auch Kombinationen von Scheibenläufermotoren mit magnetischen Kupplungen wurden beschrieben (z.B. EP-401 761- A2 , Ebara Corp.), die aber ebenfalls eine konstruktive Trennung zwischen den Magnetkreisen des Motors und der Pumpe vorsehen. Diese Anordnungen bedingen eine erhebliche Bauhöhe der Pumpe, was nachteilig ist.
Besonders bei Blutpumpen zur Herzunterstützung, die implantierbar oder körpernahe angebracht sind, aber auch bei bettseitig montierten Geräten zur Blutreinigung und in anderen Anwendungen ist eine Pumpe-Antriebs-Kombination mit niedriger Bauhöhe und geringem Volumen und Gewicht anzustreben.
Eine Pumpe niedriger Bauart wird in der PCT-Anmeldung WO- 92/03 181-A1, Baylor College vorgeschlagen. Bei dieser Pumpe wird die durch den Scheibenläuferstator angetriebene Magnetscheibe zugleich zur magnetischen Kopplung des Rotors verwendet. Bei einem Motor dieser Bauform wird aber ein be- trächtliches Volumen an Eisen für den magnetischen Rückschluß benötigt und zugleich eine relativ geringe magnetische Sättigung erreicht.
Durch (Schima et al., Artificial Organs 19:7 (1995), Seite 639-43) ist eine Pumpe bekannt geworden, bei der eine Kopplung der magnetischen Kreise von Motor und Pumpenrotor erfolgt. Allerdings wird bei dieser Anordnung der Rotor durch drei Stützpunkte auf dem Pumpenboden stabilisiert, was bei der Förderung von Blut zu einer erhöhten Blut- Traumatisierung führen kann. Weiters wurde eine Pumpe bekannt (Yamane et al: Artificial Organs 19:7 (1995), Seite 625-630) bei der eine magnetische Aufhängung des Rotors an der dem Einlauf zugewandten Spitze vorliegt, wobei dort allerdings aufgrund der ungünstigen Verteilung der magneti- sehen Kräfte eine relativ große Bauhöhe erforderlich ist und der Einlauf gestört ist. Schließlich ist eine Zentrifugalblutpumpe anzuführen (Akamatsu et al: Artificial Organs 19:7 (1995), Seite 631-634), bei der zusätzlich zu der magnetischen Einkopplung der Rotationsenergie über zusätzli- ehe Magnetscheibe eine elektromagnetische Stabilisierung des Rotors für e: vollkommenes F] -tieren im Gehäuse vorge- sehen ist. Allerdings wird zu dieser Stabilisierung ein relativ großer Spulenapparat am Umfang der Pumpe benötigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Pumpe der eingangs beschriebenen Art und einen Antrieb dafür zu schaffen, bei der die vorstehenden Nachteile vermieden sind. Insbesondere soll die Pumpe geringe Bauhöhe, geringes Volumen und Gewicht sowie hohe Betriebssicherheit aufweisen. Die ungünstigen mechanischen Wirkungen auf das geförderte Medium, wie hohe Scherkräfte, sollen vermieden werden.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Antriebsrotor mit einer Rotorscheibe aufweist, die mit Permanent-Antriebsmagneten versehen sind, denen am Pumpenrotor angebrachte Permanentmagnete zur magnetischen Kupplung und im Antrieb den Magnetspulen eines Stators zur Erzeugung der Drehbewegung zugeordnet sind und daß die Pumpenrotorachse sich in den Pumpeneinlauf hinein erstreckt und im Pumpeneinlauf magnetisch zentriert ist.
Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung weisen zur magnetischen Zentrierung der Pumpenrotorachse diese einen Permanentmagnet und der Pumpeneinlauf ein oder mehrere ringförmig angeordnete Magnete mit gleichsinniger Polung auf. Die Magnete können Permanentmagnete oder Elektromagne- te sein. Die Magnete können bevorzugt in der Wand des Pumpeneinlaufs angeordnet sein, wobei zwischen Pumpenrotorachse und der Wand des Pumpeneinlaufs ein ringförmiger Ström- kanal gebildet ist. Der Permanentmagnet in der Pumpenrotorachse des Pumpenrotors kann gegenüber den ringförmig angeordneten Magneten des Pumpeneinlaufs in Achsrichtung versetzt sein, um die Zentrierwirkung zu erhöhen. An der Wand des Pumpeneinlaufs oder an der Pumpenrotorachse können Leitwerke angeordnet sein, wobei gegebenenfalls die Magnete oder deren Joche in den Bereich der Leitwerke hineinragen. Einer oder beide Magnete des Pumpeneinlaufs können an ihren einander zugekehrten Seiten schräge oder fassonierte Flächen aufweisen.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die Magnetisierungsrichtung der Magnete am Pumpenrotor quer zur Magnetisierungsrichtung der Antriebsmagnete ausgerichtet. Das Lager des Pumpenrotors an der Rückwand des Pumpenkopfes kann als magnetisches Lager ausgebildet sein, wobei dieses Lager aus einem oder mehreren Permanentmagneten in der hinteren Rotorspitze an der Rückseite des Rotors und Permanentmagneten und/oder Elektromagneten in der von der Rückwand gebildeten Lagerschale besteht. Alternativ kann der Lagersitz der Pumpenrückwand für die hintere Rotorspitze mit einer ebenen mittleren Fläche ausgeführt sein, die seitliche Exkursionen der hinteren Rotorspitze in einem beschränkten Bereich von typischerweise 0,5 bis 3 mm zuläßt.
Nach weiteren Merkmalen weist der Pumpenrotor an seiner Rückseite Flügel auf, die durch eine unterschiedliche Neigung der Flügelflächen auf der Anstromseite und Abstromsei- te bei Rotation einen Staudruck erzeugen und dadurch ein Abheben des Pumpenrotors von der Rückwand erleichtern und/oder bedingen. Der Pumpenrotor kann mit freigestellten Rotorflügeln ausgeführt sein, in den Magnete eingelassen sind, deren Magnetisierung quer zur Drehachse der Pumpenrotorachse verläuft. An der Unterseite der Rotorflügel können Tragflächen vorgesehen sein, die bei Rotation in Flüssigkeit eine axiale Kraft verursachen. Auch an der Oberseite der Rotorflügel können Tragflächen vorgesehen sein, die eine solche axiale Kraft verursachen.
Die Rotorflügel können asymmetrisch unterschiedliche Flächen und/oder Anstellwinkel aufweisen und dadurch eine asymmetrische Strömung an der Rückwand der Pumpe verursachen. Der Antrieb selbst kann in mehreren Varianten vorteilhaft ausgebildet sein. Nach einer Variante umfaßt der Antriebsrotor eine obere und eine untere Rotorscheibe, und die Ma- gnetspulen des Stators liegen zwischen diesen beiden Rotorscheiben. Zur Verringerung der magnetischen Streufelder kann die unteren Rotorscheibe des Antriebs einen magnetischen Rückschluß in Form einer magnetisch leitfähigen Scheibe oder Ring beispielsweise aus Weicheisen aufweisen. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Antriebs können die Spulen in mehreren versetzen Lagen angeordnet und/oder geneigt zur Ebene des Spulenkörpers gewickelt sein. Alternativ kann der Antriebsrotor eine obere Rotorscheibe umfassen, wobei anstelle der unteren Rotorscheibe ein magneti- sches Joch im Stator vorgesehen ist, das die Eisenkerne der Magnetspulen des Stators miteinander verbindet. Zur Verhinderung oder Verminderung von Wirbelströmen können in der Rückwand der Pumpe oder im Falle von trennbarer Pumpe und Antrieb auch an der Deckwand des Antriebs kreisförmige oder radiale Vertiefungen oder Schlitze angebracht sein.
Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß beiderseits des Antriebs in axialer Richtung je ein Pumpenkopf vorzugsweise zur gleichzeitigen Unterstützung / Substitution von linker und rechter Herzhälfte angebracht ist, wobei zur Erzielung einer dem physiologischen Bedarf angepaßten Pumpleistung die Größe und Rotorgestaltung der beiden Pumpenköpfe unterschiedlich sein kann. Bevorzugt sind der Pumpenkopf und Antrieb voneinander trennbar, um einen Aus- tausch des Pumpenkopfes oder des Antriebes allein zu ermöglichen.
Die vorteilhaften Merkmale und Verbesserungen betreffen sowohl die Pumpe selbst als auch deren Antrieb und stellen sowohl getrennt voneinander als auch in Kombination eine vorteilhafte Erfindung dar. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe, und die Figuren 2a, 2b und 3 sind Schnitte entlang der Linie A-A durch die Pumpe, mit unterschiedlicher Ausführung des Rotors und der Statorwicklungen , wobei zur Erhöhung der Übersichtlichkeit die Gehäuseteile wegge- lassen sind. Fig. 2c zeigt beispielhaft die Rückansicht eines Rotors ohne geschlossene Hinterwand mit freigestellten Flügeln und darin integrierten Magneten. Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform mit Elektromagneten, wobei in Fig. 5 eine Detailansicht zur Lagerung der Rotorspitze in der Hin- terwand der Pumpe ausgeführt ist. Fig. 6 zeigt eine Ausführung mit einem Motor und zwei Pumpenköpfen. Fig. 7 stellt eine Detail-Seitenansicht der Seite eines Rotors mit Hinterwand, Fig. 8 die Rückansicht dieser Hinterwand dar. Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Elektromagneten an der Ro- torspitze für Fig.4. Fig.10 zeigt eine Ausführungsform der hinteren Rotorspitze in einem Lager ohne Zentrierfunktion. DieFig.ll bis Fig.14 zeigen Ausführungsformen zum magnetischen Lager der Rotorspitze mit Anordnungen von Leitwerken entweder im Pumpengehäuse oder im Einstrombereich des Ro- tors und eine mögliche Modifikation der Magneten im Einstrombereich. Fig. 15 und 16 zeigen die Aufsicht auf die Rückseite der Rückwand des Pumpenkopfes und einen zugehörigen Querschnitt mit angeordneten Eintiefungen zur Minimierung der Wirbelstromverluste. Fig. 17 zeigt die Ausführung eines Rotorflügels mit Tragfläche in Bodennähe. Schließlich zeigt Fig. 18 schematisch einen Rotor mit ungleich gestalteten Flügeln zur Erzielung eines Strömungs-Wirbels mit Mittelpunkt außerhalb der Rotorachse.
Wie Fig.l im Querschnitt zeigt, enthält der Pumpenkopf l einen Pumpenrotor 3 mit Rotorblättern 32, der die durch den Pumpeneinlauf 11 in den Pumpenkopf kommende Flüssigkeit in Rotation versetzt und durch die durch die Rotation entstehende Zentrifugalkraft durch den Pumpenauslaß 12 preßt.
Die Rotationsbewegung des Pumpenrotors 3 wird über ein magnetisches Feld eingekoppelt. Sowohl der Pumpenrotor 3 wie auch die beiden Rotorscheiben 5,8 des Antriebsrotors 64 des Antriebs 2 weisen Permanentmagnete (Antriebsmagnete 7,33) auf, wobei die Antriebsmagnete 7 der Motor-Rotorscheiben 5,8 jeweils abwechselnd verschieden gepolt sind. Dabei werden vorzugsweise 6,12,18 oder 24 Magnete pro Scheibe verwendet. Die Rotorscheiben 5,8 des Antriebs 2 sind drehbar angeordnet, wobei entweder die Achse 9 drehbar ist, oder die beiden Rotorscheiben 5,8 über ein oder mehrere Lager 10 an eine feststehende Achse 9 montiert sind. Zwischen den beiden Rotorscheiben 5,8 ist ein Stator bzw. Spulenkörper 13 mit Magnetspulen 4 angeordnet, die über die Zuleitung 41 an ein elektrisches Drehfeld angeschlossen werden und dadurch das elektromagnetische Motor-Drehfeld erzeugen. Die notwendige Kommutierung des elektrischen Feldes erfolgt vorzugsweise mit einer elektronischen Schaltung in bekannter Art durch Auswertung der rückwirkenden elektromotorischen Kraft (Backward EMF) , wobei diese Schaltung auch in den Antrieb selbst integriert sein kann.
Die Magnete 33 im Pumpenrotor können entweder parallel zu den Antriebsmagneten 7 des Antriebs 2 angeordnet sein oder, bevorzugt wie in Figur 2 dargestellt ist, zur Verringerung der seitlich auf den Pumpenrotor 3 wirkenden Kräfte quer zu den Antriebsmagneten 7 angeordnet sein. Die magnetischen- Feldlinien 44 und damit die Kräfte wirken dann zu einem beträchtlichen Teil quer zur Lagerachse, wodurch das Kippmoment wesentlich reduziert wird.
Die in den Fig. 2a und 2b und 3 gezeigten Spulen 14,15,16 des Spulenkörpers 13 können entweder nebeneinander liegen, oder wie in Figur 2a gezeigt ist, in mehreren Lagen versetzt übereinander, oder wie in Figur 3 schräg überlappend angeordnet sein. Zur Erhöhung des magnetischen Flusses können Eisenkerne oder Einbettungen von Eisenkernen 45 vorge- sehen sein.
Um eine möglichst hohe Feldstärke des von den Permanentmagneten 7 erzeugten Feldes und damit einen guten Wirkungsgrad des Motors zu gewährleisten, kann, wie in Figur 1 dar- gestellt, unter den Permanentmagneten der unteren Rotorscheibe 5 eine Scheibe oder Ring 6 aus Weicheisen angeordnet sein, die die Streufelder an der Rückseite des Antriebs 2 und über dem Pumpenrotor 3 minimieren. Sind die Magnete 33 des Pumpenrotors in gleicher Richtung wie die Antriebs- magnete 7 angeordnet, kann auch über ihnen eine Weicheisenscheibe oder -ring zum magnetischen Rückschluß angeordnet sein.
Wie in Figur 2b und 2c dargestellt ist, kann der Pumpenro- tor 3 aber auch mit freigestellten Flügeln 51 ausgeführt sein, in die Magnete 50 mit Magnetisierung quer zur Achse eingearbeitet sind.
Der Pumpenrotor 3 ist im Einlauf magnetisch gelagert. Dazu ist in seiner Pumpenrotorachse 61 oder deren Rotorspitze 49 ein Permanentmagnet 34 untergebracht, dem um den Einlauf 11 eine ringförmige Magnetanordnung 35 im wesentlichen gleichsinnig gepolt gegenübersteht. Wie in Figur l dargestellt, wird dieser Magnet 35 vorzugsweise als reiner Permanent- Magnet ausgeführt. Wie in Figur 4 und Figur 9 gezeigt ist, können aber zur Verbesserung der Stabilisierung auch zusätzlich, elektromagnetische Spulen 42 mit Eisenjochen 43 vorgesehen sein. Die Magnete 35 sind bevorzugt in der Wand 62 des Pumpeneinlaufs 11 angeordnet, um den Einlauf durch den ringförmigen Strömkanal 63 nicht zu behindern. Das Lager an der Rückwand 20 des Pumpenkopfes kann als Spitzenlager ausgeführt sein. (Figl) . Um die Reibung und damit die entstehende Wärme und Blutzerstörung an der Lagerspitze 36 in der Lagerschale 37 zu senken, kann darüber hinaus eine teilweise oder vollständige magnetische Lagerung 48 vorgesehen sein. Figur 5 zeigt eine Ausführungsmög- lichkeit dieser magnetischen Lagerung, die einen Permanentmagneten 39 in der hinteren Rotorspitze aufweist und in der Lagerschale elektromagnetische Spulen 46 aufweist und zu- sätzlich einen Permanentmagnet 47 aufweisen kann. Die Rückmeldung der Magnetposition kann dabei entweder aus der Impedanz der Spulen 46 oder durch Positionssensoren ermittelt werden.
wie Fig. 10 zeigt, kann das untere Rotorlager auch mit einem flachen Lagersitz 52 ausgeführt sein, in dem die Lagerspitze 36 der Rotor-Rückseite innerhalb eines gewissen Bereiches ohne mechanische Einschränkung transversale Bewegungen ausführen kann, um eine Selbstreinigung des Lager- sitzes von Blutbestandteilen zu ermöglichen, wobei ein ebener Bereich von typischerweise 0,5 bis 3mm Durchmesser vorgesehen ist. Der Lagersitz 52 kann dabei vorzugsweise aus Keramik oder hochverdichtetem Kunststoff ausgeführt sein.
wie Fig. 7 in Seitenansicht und Fig. 8 in Aufsicht der
Rotor-Rückseite zeigen, können auf der Rückseite des Pumpenrotors 3 Flügel 27 angebracht sein, deren Formgebung ein kontrolliertes Abheben des Rotors von der Pumpenrückwand 20 und deren Mittelstück erleichert. Die anströmende Flüssig- keit 29, die an den Flügeln 27 auftrifft, erzeugt aufgrund der Drehung 28 des Pumpenrotors 3 an der flach geneigten Anstromseite 30 einen Staudruck, während an der steil gestellten Rückseite 31 der Flügel kein entsprechender Gegendruck aufgebaut wird. Dadurch wird ein Auflaufen des Ro- tors auf einer Flüssigkeitsschicht kontrollierter Dicke
(abhängig von der Drehzahl, dem Gegendruck, der Viskosität der Flüssigkeit und dem Abstand der Flügel 27 von der Rückwand 20 des Pumpenkopfes 1) erleichtert und die von den Magnetlagern zu übernehmende Kraft minimiert. Dieser Ausgleich der unterschiedlichen Drücke auf der Rotorunterseite und Oberseite kann darüber hinaus durch Ausnehmungen 18 im Pumpenrotor beziehungsweise durch Gestaltung des Rotors in freitragenden Flügeln erfolgen.
Weiters kann zum Ausgleich der Kräfte am Umfang des Rotors, die bei einem Auslaß exzentrisch wirken, entweder eine as- symetrische Gestaltung des Permanentmagnet 47 (Fig.5) oder, ein zweigeteilter Auslaß vorhanden sein.
Um eine Mehrfachverwendung des Antriebs bei nur einmal zu verwendenden Pumpenköpfen beziehungsweise einen Austausch des Pumpenkopfs zu ermöglichen, können Pumpenkopf und Antrieb voneinander trennbar ausgeführt sein, wie in Fig.l dargestellt. Für die Verwendung mit zellhältigen Flüssigkeiten wie beispielsweise Blut und anderen gegen innere Reibung
Figure imgf000012_0001
empfindliche Flüssigkeiten ist der Pumpenkopf so auszulegen, daß Zonen höherer Scherkräfte weitestgehend vermieden werden.
Schließlich kann, wie in Fig. 6 dargestellt, die Pumpe mit zwei Pumpenköpfen 1 ausgestattet sein, um eine Unterstützung sowohl der linken wie auch der rechten Herzkammer mit einem System zu ermöglichen. Zur Anpassung an die unterschiedlichen benötigten Förderleistungen der beiden Herzkammern können dann die Pumpenköpfe und Rotoren in unter- schiedlichem Durchmesser und/oder mit unterschiedlicher Rotorgestaltung ausgeführt sein.
Zur Vergrößerung des hydrodynamisch wirksamen Spalts zwischen Rotor und Gehäuse und zur Erhöhung des Wirkungsgrades können im Einstrombereich der Pumpe Leitwerke 5 , 58 angeordnet sein, wie in den Fig. 11 bis 14 dargestellt. Diese Leitwerke sind vorzugsweise, wie in Abbildung 11 in seitlicher Ansicht und in Abbildung 12 in Aufsicht gezeigt, an der Innenseite der Wand 62 des Pumpeneinlaufs 11 angebracht, wobei zur Verkürzung des magnetisch wirksamen Luftspaltes der Magnet 35 bis in die Leitwerke vorgezogen sein kann oder Eisenjoche 55 zur Weiterleitung des magnetischen Feldes in den Flügel vorgesehen sein können. Diese Leitwerke 54 können dabei zur Verbesserung der hydrodynamischen Eigenschaften auch schräggestellt oder gekrümmt sein.
Darüber hinaus ist in Fig. 11 dargestellt, daß der Antrieb auch nur mit einer einzigen oberen Rotorscheibe 8 ausgeführt sein kann, wobei in diesem Fall die magnetische Rückführung an der Motorhinterseite über ein ringförmiges Magnetjoch 53 erfolgt, das die Eisenkerne 45 der Motorspulen 14-16 (siehe auch Fig.2a bis 3) miteinander verbindet.
Ferner können, wie in Fig.11 dargestellt, die Magnete 34,35 anstelle einer geraden achsparallelen Wand eine schrägge- stellte oder fassonierte Wand aufweisen, um bei einem Abheben des Rotors eine kontrollierte Veränderung der Luftspaltbreite und damit der magnetisch erzeugten Rückstellkraft zu erreichen. Bei fassonierter Wand kann der Magnet 34 zB. kuppeiförmig sein (strichliert in Fig.11 angedeu- tet) .
Anstelle stillstehender Leitwerke 54 am Pumpengehäuse kann auch eine Anordung von Leitwerken 58 am Pumpenrotor 3 selbst vorgesehen sein, wie in den Fig. 13 und 14 darge- stellt ist, wobei auch in diesem Fall zur Verringerung des magnetisch wirksamen Luftspalts eine Ausdehnung des Magnets 34 in diese Leitwerke 58 oder Eisenjoche 55 vorgesehen sein können.
im Falle einer metallischen Rückwand 20 der Pumpe, die ja gleichzeitig die Deckwand des Antriebs darstellt, entstehen durch das bewegte magnetische Feld zwischen Antriebs- Rotorscheibe 8 und Permanentmagneten 33 des Pumpenrotors Wirbelströme. Zur Verringerung dieser Wirbelströme kann eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes der Rückwand 20 durch Vertiefungen 59,60 erreicht werden, die in Fig.15 und 16 dargestellt sind. Diese Vertiefungen können in kreisförmiger Anordung 59 und/oder in radialer Anordnung 60 ausgeführt sein, wobei bei der Zahl und Formgebung auf die mechanische Festigkeit der Pumpe und des Antriebs Rücksicht genommen werden muß. Sind Rückwand der Pumpe 20 und Deckwand des Antriebs getrennt ausgeführt, um eine leichtere Trennung von Pumpe und Antrieb zu ermöglichen, dann können die Vertiefungen in der Deckwand des Antriebs auch als Schlitze ausgeführt sein.
Wie in Fig. 17 gezeigt ist, können die Pumpenrotorflügel auch mit einer Tragfläche 57 in der Nähe des Pumpenbodens 20 ausgestattet sein, um eine aufgrund der Rotation hydrodynamisch bedingte Verringerung der Anpreßkraft im Lager oder ein Abheben des Rotors zu ermöglichen. Es können auch Tragflächen 67 an der anderen Seite des Pumpenrotors angeordnet werden.
In Fig. 18 ist schließlich dargestellt, daß zur Erzielung einer asymmetrischen Strömung in Bodennähe und damit einer Erhöhung der Auswaschung in Achsnähe die Flügel des Rotors unterschiedlich (asymmetrisch) ausgeführt sein können, wobei eine unterschiedliche Höhe des Flügels, aber auch eine unterschiedliche Neigung der Flügel vorgesehen sein kann, siehe die unterschiedliche Form der Flächen 68.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Zentrifugalpumpe bestehend aus einem Pumpenkopf und einem Antrieb zur Förderung von Blut und anderen scher- empfindlichen Flüssigkeiten wie z.B. zellhältigen Reinigungssuspensionen in Blutreinigungsgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (2) einen Antriebsrotor (64) mit einer Rotorscheibe (8) aufweist, die mit Permanent- Antriebsmagneten (7) versehen sind, denen am Pumpenrotor (3) angebrachte Permanentmagnete (33) zur magnetischen
Kupplung und im Antrieb den Magnetspulen (4) eines Stators zur Erzeugung der Drehbewegung zugeordnet sind und daß die Pumpenrotorachse (61) sich in den Pumpeneinlauf (11) hinein erstreckt und im Pumpeneinlauf (11) magnetisch zentriert ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur magnetischen Zentrierung der Pumpenrotorachse (61) diese einen Permanentmagnet (34) und der Pumpeneinlauf (11) ein oder mehrere ringförmig angeordnete Magnete (35) mit gleichsinniger Polung aufweisen.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (35) Permanentmagnete sind.
4. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (35) Elektromagnete sind.
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Magnete (35) in der Wand (62) des Pumpeneinlaufes (11) angeordnet sind und zwischen Pumpenrotorachse (61) und der Wand des Pumpeneinlaufs (11) ein ringförmiger Strömkanal (63) gebildet ist.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (34) in der Pumpenrotor- achse (61) des Pumpenrotors (3) gegenüber den ringförmig angeordneten Magneten (35) des Pumpeneinlaufs (11) in Achsrichtung versetzt ist, um die Zentrierwirkung zu erhöhen.
7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wand (62) des Pumpeneinlaufs (11) oder an der Pumpenrotorachse (61) Leitwerke (54, 58) angeordnet sind, wobei gegebenenfalls die Magnete (34 oder 35) oder deren Joche in den Bereich der Leitwerke (54, 58) hineinra- gen.
8. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß einer oder beide Magnete (34, 35) des Pumpeneinlaufs an ihrer einander zugekehrten Seite schräge oder fas- sonierte Flächen (65) aufweisen.
9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungsrichtung der Magnete (33) am Pumpenrotor (3) quer zur Magnetisierungsrichtung der Antriebs-Magnete (7) ausgerichtet ist (Fig. 2a bis 3) .
10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (66) des Pumpenrotors (3) an der Rückwand (20) des Pumpenkopfes (1) als magnetisches Lager ausgebildet ist, wobei dieses Lager aus einem oder mehreren Permanentmagneten (39) in der hinteren Rotorspitze (36) an der Rückseite des Rotors (3) und Permanentmagneten (47) und/oder Elektromagneten (46) in der von der Rückwand (20) gebildeten Lagerschale besteht. (Fig.5)
11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagersitz (52) der Pumpenrückwand (20) für die hintere Rotorspitze (36) mit einer ebenen mittleren Fläche ausgeführt ist, die seitliche Exkursionen der hinteren Rotorspitze in einem beschränkten Bereich von typischerweise 0,5 bis 3 mm Durchmesser zuläßt. (Fig.10).
12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenrotor (3) an seiner Rückseite Flügel (27) aufweist, die durch eine unterschiedliche Neigung der Flügelflächen auf der Anstromseite (30) und Ab- stromseite (31) bei Rotation einen Staudruck erzeugen und dadurch ein Abheben des Pumpenrotors (3) von der Rückwand (20) erleichtern und/oder bedingen. (Fig.7, 8).
13. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenrotor (3) mit freigestellten Rotorflügeln (51) ausgeführt ist, in den Magnete (50) eingelassen sind, deren Magnetisierung quer zur Drehachse der Pumpenrotorachse (61) verläuft (Fig. 2b, c) .
14. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Rotorflügel (51) Tragflächen (57) vorgesehen sind, die bei Rotation in Flüssigkeit eine axiale Kraft verursachen (Fig. 17) .
15. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14 , dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite der Rotorflügel (51) Tragflächen (67) vorgesehen sind, die bei Rotation in Flüssigkeit eine axiale Kraft verursachen (Fig.17).
16. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorflügel unterschiedliche Flächen (68) und/oder Anstellwinkel aufweisen und dadurch eine asymetrische Strömung an der Rückwand der Pumpe verursachen (Fig. 18) .
17. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsrotor (64) eine obere und eine untere Rotorscheibe (8,5) umfaßt, und die Magnetspulen (4) des Stators zwischen diesen beiden Rotorscheiben (5,8) liegen.
18. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der magnetischen Streufelder die untere Rotorscheibe (5) des Antriebs (2) einen magnetischen Rückschluß in Form einer magnetisch leitfähigen Scheibe oder Ring (6) beispielsweise aus Weicheisen aufweist.
19. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge- kennzeichent, daß zur Verbesserung des Wirkungsgrades des
Antriebs die Spulen (14,15,16) in mehreren versetzten Lagen angeordnet und/oder geneigt zur Ebene des Spulenkörpers (13) gewickelt sind. (Fig.2, 3).
20. Pumpe nach einem der Ansrpüche l bis 19, dadurch ge- kennzeichent, daß der Antriebsrotor (64) eine obere Rotorscheibe (8) umfaßt und anstelle der unteren Rotorscheibe ein magnetisches Joch (53) im Stator vorgesehen ist, das die Eisenkerne (45) der Magnetspulen (4) des Stators mit- einander verbindet (Fig. 11) .
21. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückwand der Pumpe oder im Falle von trennbarer Pumpe und Antrieb auch an der Deckwand des Antriebs kreisförmige und/oder radiale Vertiefungen (59, 60) oder Schlitze angebracht sind (Fig. 15, 16) .
22. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Antriebs (2) in axialer Richtung je ein Pumpenkopf (1) vorzugsweise zur gleichzeitigen Unterstützung/Substitution von linker und rechter Herzhälfte angebracht ist, wobei zur Erzielung einer dem physiologischen Bedarf angepaßten Pumpleistung die Größe und Rotorgestaltung der beiden Pumpenköpfe unterschiedlich sein kann.
23. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkopf (1) und der Antrieb (2) voneinander trennbar sind, um einen Austausch des Pumpenkopfes (1) oder des Antriebs (2) allein zu ermöglichen.
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