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DE102015209511A1 - A rotor shaft for a cardiac assist system, cardiac assist system and method of manufacturing a rotor shaft for a cardiac assist system - Google Patents

A rotor shaft for a cardiac assist system, cardiac assist system and method of manufacturing a rotor shaft for a cardiac assist system Download PDF

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DE102015209511A1
DE102015209511A1 DE102015209511.8A DE102015209511A DE102015209511A1 DE 102015209511 A1 DE102015209511 A1 DE 102015209511A1 DE 102015209511 A DE102015209511 A DE 102015209511A DE 102015209511 A1 DE102015209511 A1 DE 102015209511A1
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DE
Germany
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structural element
storage section
fluid
carrier
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Application number
DE102015209511.8A
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German (de)
Inventor
Klaus Meyer
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Kardion GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorwelle (102) für ein Herzunterstützungssystem. Die Rotorwelle (102) umfasst zumindest einen Lagerabschnitt (600, 602) zum Lagern der Rotorwelle (102) in einem Rotorwellenträger sowie zumindest ein in dem Lagerabschnitt (600, 602) angeordnetes Strukturelement (608) zum Erzeugen eines Fluidfilms in einem Schmierspalt zwischen dem Lagerabschnitt (600, 602) und dem Rotorwellenträger beim Drehen der Rotorwelle (102) in einem Fluid.The invention relates to a rotor shaft (102) for a cardiac assist system. The rotor shaft (102) comprises at least one bearing section (600, 602) for supporting the rotor shaft (102) in a rotor shaft carrier and at least one structural element (608) arranged in the bearing section (600, 602) for generating a fluid film in a lubrication gap between the bearing section (600, 602) and the rotor shaft carrier when rotating the rotor shaft (102) in a fluid.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen zählen nach wie vor zu den häufigsten Todesursachen. Insbesondere die Herzinsuffizienz stellt heute den häufigsten Anlass für eine Krankenhauseinweisung bei älteren Patienten dar. Cardiovascular disease remains one of the leading causes of death. Heart failure, in particular, is the most common cause of hospitalization in the elderly today.

Die nichtmedikamentöse Therapie der Herzinsuffizienz im Endstadium besteht in der Herztransplantation und alternativ in der Implantation sogenannter mechanischer Kreislaufunterstützungssysteme, etwa eines Herzunterstützungssystems, englisch ventricular assist device oder kurz VAD. Durch die Verwendung kleiner Axial- oder Radialpumpen statt großer pneumatischer Pumpen konnte die Komplikationsrate gesenkt und die Prognose signifikant verbessert werden. Solche Herzunterstützungssysteme werden zunehmend als dauerhafter Ersatz zur Herztransplantation verwendet.The non-drug therapy of end-stage heart failure consists in heart transplantation and alternatively in the implantation of so-called mechanical circulatory support systems, such as a cardiac assist system, English ventricular assist device or VAD for short. By using small axial or radial pumps instead of large pneumatic pumps, the complication rate was lowered and the prognosis significantly improved. Such cardiac assist systems are increasingly being used as a permanent replacement for heart transplantation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Rotorwelle für ein Herzunterstützungssystem, ein Herzunterstützungssystem und ein Verfahren zum Herstellen einer Rotorwelle für ein Herzunterstützungssystem gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a rotor shaft for a cardiac assist system, a cardiac assist system and a method for manufacturing a rotor shaft for a cardiac assist system according to the main claims are presented. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Rotorwelle für ein Herzunterstützungssystem, wobei die Rotorwelle folgende Merkmale aufweist:
zumindest einen Lagerabschnitt zum Lagern der Rotorwelle in einem Rotorwellenträger; und
zumindest ein in dem Lagerabschnitt angeordnetes Strukturelement zum Erzeugen eines Fluidfilms in einem Schmierspalt zwischen dem Lagerabschnitt und dem Rotorwellenträger beim Drehen der Rotorwelle in einem Fluid.
The approach presented here provides a rotor shaft for a cardiac assist system, the rotor shaft having the following features:
at least one bearing section for supporting the rotor shaft in a rotor shaft carrier; and
at least one arranged in the bearing portion structural element for generating a fluid film in a lubrication gap between the bearing portion and the rotor shaft carrier when rotating the rotor shaft in a fluid.

Bei dem Herzunterstützungssystem kann es sich beispielsweise um eine intrakardiale Pumpe zur mechanischen Herzunterstützung handeln, wobei die Pumpe etwa als hydrostatische oder hydrodynamische Pumpe realisiert sein kann. Ferner kann es sich bei dem Herzunterstützungssystem um eine Pumpe handeln, in der diese beiden physikalischen Wirkprinzipien miteinander kombiniert sind. Die Rotorwelle kann beispielsweise als Verdrängerbauteil oder schaufel- oder propellerförmig ausgeführt sein. Unter einem Lagerabschnitt kann ein Abschnitt einer Mantel- oder Stirnfläche der Rotorwelle verstanden werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Lagerabschnitt um einen Wellenzapfen der Rotorwelle oder einen zwischen zwei Wellenzapfen befindlichen Abschnitt der Mantelfläche der Rotorwelle handeln. Unter einem Rotorwellenträger kann ein Lagerträger verstanden werden, der ausgebildet sein kann, um die Rotorwelle in axialer oder radialer Richtung zu lagern. Der Rotorwellenträger kann beispielsweise Teil eines Gehäuses oder eines Käfigs des Herzunterstützungssystems sein. Unter einem Strukturelement kann eine Erhebung oder eine Vertiefung zur Profilierung einer Oberfläche der Rotorwelle verstanden werden. Unter einem Fluidfilm kann ein Schmierfilm verstanden werden. Bei dem Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit, insbesondere um Blut, handeln.By way of example, the cardiac assist system may be an intracardiac pump for mechanical cardiac assist, wherein the pump may be implemented as a hydrostatic or hydrodynamic pump. Furthermore, the cardiac assist system may be a pump in which these two physical principles of action are combined. The rotor shaft can be designed, for example, as a displacement component or in the form of a blade or propeller. A bearing section can be understood as meaning a section of a mantle or end face of the rotor shaft. For example, the bearing section may be a shaft journal of the rotor shaft or a section of the lateral surface of the rotor shaft located between two shaft journal. A rotor shaft carrier can be understood as a bearing carrier which can be designed to support the rotor shaft in the axial or radial direction. The rotor shaft carrier may for example be part of a housing or a cage of the cardiac assist system. A structural element can be understood to be a raised area or a depression for profiling a surface of the rotor shaft. A fluid film may be understood to mean a lubricating film. The fluid may be a liquid, in particular blood.

Der hier beschriebene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein Rotor einer hydrostatischen oder hydrodynamischen Herzunterstützungspumpe mithilfe einer geeigneten Strukturierung einer Oberfläche des Rotors, etwa in Form mikrostrukturierter Wellenzapfen, derart gelagert werden kann, dass der Rotor außer beim Erstanlauf der Pumpe nach der chirurgischen Implantation ausschließlich im Beanspruchungsregime der Fluidreibung betrieben wird. Durch eine derartige hydrodynamische Lagerung des Rotors kann gewährleistet werden, dass ein ausreichender trennender Fluidfilm zwischen einem oder mehreren Wellenzapfen des Rotors und sonstigen zur Lagerung der Wellenzapfen erforderlichen Bauteilen vorhanden ist. Vorteilhafterweise kann hierdurch der sogenannte Ausklinkpunkt auf der Stribeck-Kurve zu sehr kleinen Drehzahlen hin verschoben werden.The approach described here is based on the finding that a rotor of a hydrostatic or hydrodynamic cardiac assist pump can be supported by means of a suitable structuring of a surface of the rotor, for instance in the form of microstructured shaft journals, such that the rotor is exclusively after the first implantation of the pump after the surgical implantation operated in the stress regime of fluid friction. By such a hydrodynamic bearing of the rotor can be ensured that a sufficient separating fluid film between one or more shaft journals of the rotor and other components required for the storage of the shaft journals is present. Advantageously, the so-called notching point on the Stribeck curve can thereby be displaced at very low rotational speeds.

Ein solcher Rotor bietet den Vorteil einer hohen Zuverlässigkeit. Ferner kann durch den Rotor Nullförderung vermieden werden und die Leistungsaufnahme einer mechanischen Antriebseinheit der Herzunterstützungspumpe reduziert werden. Dadurch, dass Misch- oder Grenzreibung minimiert werden kann, können Ausfälle der Pumpe und damit verbundene, unter Umständen lebensbedrohliche Konsequenzen für den betreffenden Patienten verhindert werden.Such a rotor offers the advantage of high reliability. Furthermore, zero promotion can be avoided by the rotor and the power consumption of a mechanical drive unit of the cardiac assist pump can be reduced. Minimizing mixed or boundary friction can prevent failures of the pump and associated life-threatening consequences for the patient.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Strukturelement eine Vertiefung sein. Ein solches Strukturelement in Form einer Vertiefung kann sehr einfach und kostengünstig realisiert werden.According to one embodiment, the structural element may be a depression. Such a structural element in the form of a depression can be realized very simply and inexpensively.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Längsachse des Strukturelements und eine Längsachse der Rotorwelle in unterschiedliche Richtungen orientiert sind. Dadurch können je nach Strömungsrichtung, -art und -stärke bestimmte Strömungseffekte hervorgerufen werden, die die Erzeugung und Aufrechterhaltung des Fluidfilms im Schmierspalt begünstigen können. Beispielsweise ist es dadurch möglich, bereits bei sehr niedrigen Drehzahlen der Rotorwelle einen dauerhaften Fluidfilm zu erzeugen.Furthermore, it is advantageous if a longitudinal axis of the structural element and a longitudinal axis of the rotor shaft are oriented in different directions. As a result, depending on the flow direction, type and strength certain flow effects can be caused that the generation and Maintaining the fluid film in the lubrication gap can favor. For example, it is thereby possible to produce a permanent fluid film even at very low rotational speeds of the rotor shaft.

Der Lagerabschnitt kann sich beispielsweise radial um einen Endabschnitt der Rotorwelle erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Lagerabschnitt entlang einer Stirnseite der Rotorwelle erstrecken. Der Endabschnitt kann etwa ein Wellenzapfen der Rotorwelle sein. Dadurch wird eine radiale bzw. axiale Lagerung der Rotorwelle ermöglicht. The bearing portion may, for example, extend radially around an end portion of the rotor shaft. Alternatively or additionally, the bearing portion may extend along an end face of the rotor shaft. The end portion may be about a shaft journal of the rotor shaft. As a result, a radial or axial bearing of the rotor shaft is made possible.

Je nach Ausführungsform kann das Strukturelement kreis-, ellipsen-, näpfchen-, rauten-, kegel-, zylinder-, keil-, spiral- und/oder tragflächenförmig ausgestaltet sein. Dadurch kann das Strukturelement je nach Ausgestaltung des Herzunterstützungssystems flexibel an unterschiedliche Strömungsverhältnisse angepasst werden. Somit können Effizienz und Zuverlässigkeit des Herzunterstützungssystems gesteigert werden.Depending on the embodiment, the structural element may be configured in the form of circles, ellipses, cups, diamonds, cones, cylinders, wedges, spirals and / or wings. As a result, the structural element can be adapted flexibly to different flow conditions, depending on the design of the cardiac assist system. Thus, the efficiency and reliability of the cardiac assist system can be increased.

Es ist ferner von Vorteil, wenn das Strukturelement an zumindest zwei Stellen unterschiedlich tief und/oder hoch ist. Beispielsweise kann die Tiefe des Strukturelements ausgehend von einer ersten Kante zu einer der ersten Kante gegenüberliegenden zweiten Kante gleichmäßig größer werden. Auch durch diese Ausführungsform lassen sich die strömungsbeeinflussenden Eigenschaften des Strukturelements je nach Einsatzzweck optimieren.It is also advantageous if the structural element is at least two different depths and / or high. For example, the depth of the structural element can be uniformly larger starting from a first edge to a second edge opposite the first edge. Also by this embodiment, the flow-influencing properties of the structural element can be optimized depending on the application.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Bodenfläche des Strukturelements die Form eines Tragflächenprofils aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein umlaufender Rand des Strukturelements die Form eines solchen Tragflächenprofils aufweisen. Unter einem Tragflächenprofil kann ein im weitesten Sinne tropfenförmiges Profil verstanden werden, das insbesondere dem Querschnitt eines Flugzeugflügels gleichen kann. Unter einer Bodenfläche kann ein Grund des Strukturelements verstanden werden. Unter einem umlaufenden Rand kann eine Kante verstanden werden, die eine Öffnung eines als Vertiefung ausgestalteten Strukturelements begrenzt. Mithilfe eines solchen Strukturelements kann bereits bei relativ niedrigen Drehzahlen der Rotorwelle ein ausreichend dicker, konstanter Schmierfilm im Schmierspalt erzeugt werden.According to a further embodiment, a bottom surface of the structural element may have the shape of an airfoil profile. Alternatively or additionally, a peripheral edge of the structural element may also have the shape of such an airfoil profile. Under a wing profile can be understood in the broadest sense teardrop-shaped profile, which can in particular the same cross-section of an aircraft wing. A bottom surface can be understood as a ground of the structural element. A peripheral edge can be understood as meaning an edge which delimits an opening of a structural element designed as a depression. By means of such a structural element, a sufficiently thick, constant lubricating film can be produced in the lubricating gap even at relatively low rotational speeds of the rotor shaft.

Je nach Ausführungsform kann das Strukturelement eine Länge zwischen 1 nm und 500 µm, eine Breite zwischen 1 nm und 100 µm oder eine Tiefe zwischen 1 nm und 20 µm aufweisen. Dadurch kann das Strukturelement als Mikrostruktur realisiert werden.Depending on the embodiment, the structural element may have a length between 1 nm and 500 μm, a width between 1 nm and 100 μm or a depth between 1 nm and 20 μm. As a result, the structural element can be realized as a microstructure.

Besonders günstig ist es, wenn die Rotorwelle zumindest ein in dem Lagerabschnitt angeordnetes weiteres Strukturelement zum Erzeugen des Fluidfilms aufweist. Dadurch können Zuverlässigkeit und Effizienz des Herzunterstützungssystems erhöht werden.It is particularly favorable if the rotor shaft has at least one further structural element arranged in the bearing section for producing the fluid film. This can increase the reliability and efficiency of the cardiac assist system.

Von Vorteil ist ferner, wenn die Rotorwelle zumindest einen Fluidkanal zum fluidischen Verbinden des Strukturelements und des weiteren Strukturelements aufweist. Dadurch kann ein Abreißen des Fluidfilms verhindert werden.It is furthermore advantageous if the rotor shaft has at least one fluid channel for fluidically connecting the structural element and the further structural element. Thereby, a tearing of the fluid film can be prevented.

Hierbei können das Strukturelement und das weitere Strukturelement in unterschiedliche Richtungen orientiert sein. Auch durch diese Ausführungsform kann die hydrodynamische Lagerung der Rotorwelle möglichst reibungs- und verschleißarm ausgelegt werden.In this case, the structural element and the further structural element can be oriented in different directions. Also by this embodiment, the hydrodynamic bearing of the rotor shaft can be designed as friction and wear as possible.

Die Rotorwelle kann zudem eine Mehrzahl von in dem Lagerabschnitt angeordneten Strukturelementen zum Erzeugen des Fluidfilms aufweisen. Insbesondere können die Strukturelemente entlang zumindest einer Geraden und, zusätzlich oder alternativ, zumindest einer Kurve aneinandergereiht sein. Dadurch kann eine strahlen- oder wellenförmige, insbesondere beispielsweise spiralförmige Anordnung der Strukturelemente realisiert werden.The rotor shaft can also have a plurality of structural elements arranged in the bearing section for producing the fluid film. In particular, the structural elements can be arranged along at least one straight line and, additionally or alternatively, at least one curve. As a result, a radiant or wavy, in particular, for example, helical arrangement of the structural elements can be realized.

Denkbar ist auch, dass sich die Strukturelemente spiralförmig um eine Mantelfläche der Rotorwelle erstrecken. Zusätzlich oder alternativ können sich die Strukturelemente spiralförmig entlang einer Stirnfläche der Rotorwelle, beispielsweise um einen Mittelpunkt der Stirnfläche, erstrecken. Dadurch kann eine besonders reibungsarme radiale bzw. axiale Lagerung der Rotorwelle realisiert werden.It is also conceivable that the structural elements extend spirally around a lateral surface of the rotor shaft. Additionally or alternatively, the structural elements may extend spirally along an end face of the rotor shaft, for example around a center of the end face. This allows a particularly low-friction radial or axial bearing of the rotor shaft can be realized.

Der hier beschriebene Ansatz schafft zudem ein Herzunterstützungssystem mit folgenden Merkmalen:
einem Rotorwellenträger; und
einer drehbar in dem Rotorwellenträger gelagerten Rotorwelle gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen.
The approach described here also provides a cardiac assist system with the following features:
a rotor shaft carrier; and
a rotatably mounted in the rotor shaft carrier rotor shaft according to one of the embodiments described herein.

Ein solches Herzunterstützungssystem, etwa eine Axial- oder Radialpumpe, bietet den Vorteil einer kompakten Bauform, einer besonders hohen Zuverlässigkeit, eines geringen Verschleißes und somit einer langen Lebensdauer.Such a heart support system, such as an axial or radial pump, offers the advantage of a compact design, a particularly high reliability, low wear and thus a long life.

Schließlich schafft der hier vorgeschlagene Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer Rotorwelle für ein Herzunterstützungssystem, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen der Rotorwelle mit zumindest einem Lagerabschnitt zum Lagern der Rotorwelle in einem Rotorwellenträger; und
Ausformen zumindest eines Strukturelements in dem Lagerabschnitt, wobei das Strukturelement derart ausgeformt wird, dass beim Drehen der Rotorwelle in einem Fluid ein Fluidfilm in einem Schmierspalt zwischen dem Lagerabschnitt und dem Rotorwellenträger erzeugt wird.
Finally, the approach proposed herein provides a method of manufacturing a rotor shaft for a cardiac assist system, the method comprising the steps of:
Providing the rotor shaft with at least one bearing portion for supporting the rotor shaft in a rotor shaft carrier; and
Forming at least one structural element in the bearing portion, wherein the structural element in such a way is formed that when rotating the rotor shaft in a fluid, a fluid film is generated in a lubrication gap between the bearing portion and the rotor shaft carrier.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The approach presented here also creates a device that is designed to perform the steps of a variant of a method presented here in appropriate facilities to drive or implement. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 a schematic representation of a cardiac assist system according to an embodiment;

2 eine schematische Darstellung eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; 2 a schematic representation of a cardiac assist system according to an embodiment;

3 ein Diagramm zur Darstellung einer Stribeck-Kurve; 3 a diagram showing a Stribeck curve;

4 eine schematische Darstellung eines Schmierspalts mit dickem Schmierfilm; 4 a schematic representation of a lubricating gap with thick lubricating film;

5 eine schematische Darstellung eines Schmierspalts mit dünnem Schmierfilm; 5 a schematic representation of a lubricating gap with thin lubricating film;

6 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; 6 a schematic representation of a rotor shaft according to an embodiment;

7 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle mit drei Lagerabschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel; 7 a schematic representation of a rotor shaft with three bearing sections according to an embodiment;

8 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle mit zwei Lagerabschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel; 8th a schematic representation of a rotor shaft with two bearing sections according to an embodiment;

9 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle mit zwei Lagerabschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel; 9 a schematic representation of a rotor shaft with two bearing sections according to an embodiment;

10 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle mit zwei Lagerabschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel; 10 a schematic representation of a rotor shaft with two bearing sections according to an embodiment;

11 eine schematische Darstellung möglicher Formen eines Strukturelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; 11 a schematic representation of possible forms of a structural element according to an embodiment;

12 eine schematische Darstellung zweier Strukturelemente mit Tragflächenprofil gemäß einem Ausführungsbeispiel; 12 a schematic representation of two structural elements with airfoil according to an embodiment;

13 eine schematische Darstellung zweier Strukturelemente mit Tragflächenprofil gemäß einem Ausführungsbeispiel; 13 a schematic representation of two structural elements with airfoil according to an embodiment;

14 eine schematische Darstellung eines zylinderförmigen Strukturelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; 14 a schematic representation of a cylindrical structural element according to an embodiment;

15 eine schematische Darstellung eines abgeschrägten zylinderförmigen Strukturelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; 15 a schematic representation of a tapered cylindrical structural element according to an embodiment;

16 eine schematische Darstellung eines kegelstumpfförmigen Strukturelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; 16 a schematic representation of a frusto-conical structural element according to an embodiment;

17 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle mit einer kanalartigen Verbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 17 a schematic representation of a rotor shaft with a channel-like connection according to an embodiment;

18 eine schematische Darstellung einer Stirnfläche einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; 18 a schematic representation of an end face of a rotor shaft according to an embodiment;

19 eine schematische Darstellung einer Stirnfläche einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; 19 a schematic representation of an end face of a rotor shaft according to an embodiment;

20 eine schematische Darstellung einer Stirnfläche einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; 20 a schematic representation of an end face of a rotor shaft according to an embodiment;

21 eine schematische Darstellung einer Stirnfläche einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; 21 a schematic representation of an end face of a rotor shaft according to an embodiment;

22 eine schematische Darstellung einer Stirnfläche einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 22 a schematic representation of an end face of a rotor shaft according to an embodiment; and

23 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel. 23 a flowchart of a method for producing a rotor shaft according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Herzunterstützungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Herzunterstützungssystem 100, hier eine auf einem hydrostatischen VAD-Pumpenprinzip basierende Schraubenspindelpumpe, weist eine Lauf- und eine Antriebsspindel als Rotorwellen 102 auf. Die Rotorwellen 102 sind in zwei Rotorwellenträgern 104 derart drehbar gelagert, dass die Rotorwellen 102 und die Rotorwellenträger 104 bereits bei niedrigen Drehzahlen der Rotorwellen 102 durch einen konstanten Schmierfilm voneinander getrennt sind. Dadurch ist es möglich, das Herzunterstützungssystem 100 im Beanspruchungsregime der Fluidreibung zu betreiben. 1 shows a schematic representation of a cardiac assist system 100 according to an embodiment. The cardiac support system 100 , here on a hydrostatic VAD pump principle based screw pump, has a running and a drive spindle as rotor shafts 102 on. The rotor shafts 102 are in two rotor shaft carriers 104 rotatably mounted such that the rotor shafts 102 and the rotor shaft carrier 104 even at low speeds of the rotor shafts 102 separated by a constant lubricating film. This makes it possible the cardiac assist system 100 to operate in the stress regime of fluid friction.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Herzunterstützungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 1 ist das Herzunterstützungssystem 100 gemäß 2 als eine auf einem hydrodynamischen VAD-Pumpenprinzip basierende Axialströmungspumpe realisiert. Das Herzunterstützungssystem 100 umfasst einen feststehenden, als vorderer Lagerträger fungierenden Strömungsgleichrichter 200 und die Rotorwelle 102, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Strömungsgleichrichter 200 sowie in einem an einem dem Strömungsgleichrichter 200 gegenüberliegenden Ende des Herzunterstützungssystems 100 befindlichen und als hinterer Lagerträger fungierenden Diffusor 202 drehbar gelagert ist. Die Rotorwelle 102 weist eine Vorstufe bzw. einen Impeller 204 auf. Ein innerhalb eines Motorstators 206 drehbar angeordneter Abschnitt des Impellers 204 weist eine Mehrzahl von Magneten 208 auf, die je an den Schaufeln des Impellers 204 angebracht sind. Eine Richtung eines Blutflusses durch das Herzunterstützungssystem 100 ist mit zwei Pfeilen gekennzeichnet. 2 shows a schematic representation of a cardiac assist system 100 according to an embodiment. In contrast to 1 is the cardiac support system 100 according to 2 realized as an on a hydrodynamic VAD pump principle based axial flow pump. The cardiac support system 100 comprises a fixed, acting as a front bearing support flow straightener 200 and the rotor shaft 102 in accordance with this embodiment in the flow straightener 200 as well as in one of the flow straightener 200 opposite end of the cardiac assistance system 100 located and acting as a rear bearing support diffuser 202 is rotatably mounted. The rotor shaft 102 has a precursor or an impeller 204 on. One inside a motor stator 206 rotatable portion of the impeller 204 has a plurality of magnets 208 on, depending on the blades of the impeller 204 are attached. A sense of blood flow through the cardiac support system 100 is marked with two arrows.

3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Stribeck-Kurve 300. Die Stribeck-Kurve 300 stellt einen von einer Geschwindigkeit v abhängigen Verlauf einer Reibungszahl f dar, wobei die Geschwindigkeit v auf einer Abszisse und die Reibungszahl f auf einer Ordinate aufgetragen ist. Hierbei repräsentiert eine durchgehende Linie eine Gesamtreibung, eine gepunktete Linie eine Grenzreibung und eine gestrichelte Linie eine Flüssigkeitsreibung. Die Reibungszahl f fällt ausgehend von einer Anfangsreibungszahl f0 bis zu einem Punkt A steil ab. Der Punkt A entspricht einer Geschwindigkeit, ab der sich in einem Schmierspalt zwischen zwei Körpern ein dünner Schmierfilm bildet. Ausgehend vom Punkt A steigt die Reibungszahl f mit zunehmender Geschwindigkeit mit relativ geringer Steigung an. Ein Punkt D auf der Stribeck-Kurve 300 markiert eine Geschwindigkeit, ab der sich im Schmierspalt ein dicker Schmierfilm bildet. Ein von dem Punkt A und einem zwischen den Punkten A, D befindlichen Ausklinkpunkt C begrenzter Abschnitt der Stribeck-Kurve 300 repräsentiert eine Zone, in der eine milde Mischreibung zwischen den beiden Körpern vorliegt. Der Ausklinkpunkt C markiert einen Übergang von der Zone der Mischreibung in die Zone der Flüssigkeitsreibung. 3 shows a diagram illustrating a Stribeck curve 300 , The Stribeck curve 300 represents a dependent of a speed v curve of a friction coefficient f, wherein the velocity v is plotted on an abscissa and the friction coefficient f on an ordinate. Here, a solid line represents a total friction, a dotted line a boundary friction, and a dashed line a fluid friction. The friction coefficient f drops steeply from an initial friction coefficient f 0 to a point A. Point A corresponds to a speed at which a thin lubricating film forms in a lubricating gap between two bodies. Starting from the point A, the friction coefficient f increases with increasing speed with a relatively small pitch. A point D on the Stribeck curve 300 marks a speed at which a thick lubricating film forms in the lubrication gap. A section of the Stribeck curve bounded by the point A and a notch point C between the points A, D 300 represents a zone in which there is a mild mixed friction between the two bodies. The notch point C marks a transition from the mixed friction zone to the fluid friction zone.

Die bei der Fluidförderung auf die Rotorwelle wirkenden Kräfte, die bei einer hydrostatischen Pumpe als Verdrängerbauteil und bei einer hydrodynamischen Pumpe als Laufrad in Schaufel- oder Propellerform ausgeführt sein kann und je nach Ausführungsform zusätzliche Bauteile zur Strömungsführung aufweisen kann, werden durch ein oder mehrere Lager in radialer oder axialer Rotorwellenrichtung aufgenommen.The forces acting on the rotor shaft during the fluid delivery, which may be designed as impeller in a hydrostatic pump and a hydrodynamic pump impeller in blade or propeller shape and depending on the embodiment may have additional components for flow guidance, are by one or more bearings in received radial or axial rotor shaft direction.

Wie anhand der Stribeck-Kurve 300 zu erkennen, durchlaufen insbesondere Fluidenergiemaschinen beim Anlauf aus dem Stillstand, d. h., wenn die Anfangsgeschwindigkeit der Rotorwelle gleich null ist, physikalisch bedingt zunächst die Zone oder das Beanspruchungsregime der Grenzreibung mit sehr hohem Festkörperreibungsanteil. In dieser Zone werden Fluidenergiemaschinen wegen des auftretenden Verschleißes und wegen des infolge der hohen Reibungskoeffizienten erforderlichen Antriebsmoments in der Regel nicht betrieben.As with the Stribeck curve 300 In particular, fluid energy machines undergo a start-up from standstill, ie, when the initial speed of the rotor shaft is zero, physically the zone or the load regime of the boundary friction with a very high solids friction ratio first. In this zone, fluid energy machines are usually not operated because of the wear occurring and because of the required due to the high friction coefficient drive torque.

An die Grenzreibung schließt sich das Beanspruchungsregime der Mischreibung an, das durch Festkörperreibung und einen zunehmenden Anteil an Fluidreibung gekennzeichnet ist.The boundary friction is followed by the stress regime of mixed friction, which is characterized by solid friction and an increasing proportion of fluid friction.

Ab einem für das tribologische System der Fluidenergiemaschine spezifischen und diskret auftretenden Belastungszustand kann dann die Fluidenergiemaschine durch Erhöhung der Rotorwellendrehzahl nach dem Ausklinkpunkt C in einem ausschließlich durch Flüssigkeitsreibung gekennzeichneten Beanspruchungsregime betrieben werden. From a load state that is specific and discrete for the tribological system of the fluid energy machine, the fluid energy machine can then be operated by increasing the rotor shaft speed after the release point C in a load regime characterized exclusively by fluid friction.

In diesem Beanspruchungsregime werden die relativ zueinander bewegten Bauteile des tribologischen Systems derart durch einen als Schmierfilm fungierenden Fluidfilm in einem Schmierspalt voneinander getrennt, dass die Bauteile keinen Festkörperkontakt mehr miteinander haben.In this stress regime, the relatively moving components of the tribological system are separated from each other by a fluid film acting as a lubricating film in a lubrication gap that the components no longer have solid state contact with each other.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Schmierspalts 400 mit dickem Schmierfilm zwischen zwei Körpern 402. Hierbei sind die beiden Körper 402 vollständig durch den im Schmierspalt 400 befindlichen Schmierfilm voneinander getrennt. Bei den beiden Körpern 402 handelt es sich beispielsweise um einen Lagerabschnitt einer Rotorwelle und einen Abschnitt eines Rotorwellenträgers, wie sie vorangehend anhand der 1 und 2 beschrieben sind. 4 shows a schematic representation of a lubricating gap 400 with thick lubricating film between two bodies 402 , Here are the two bodies 402 completely through the lubrication gap 400 located lubricant film separated from each other. With the two bodies 402 For example, it is a bearing portion of a rotor shaft and a portion of a rotor shaft carrier, as described above with reference to 1 and 2 are described.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Schmierspalts 400 mit dünnem Schmierfilm zwischen zwei Körpern 402. Im Unterschied zu 4 haben die beiden Körper 402 in 5 stellenweise miteinander Kontakt. Ein Fluiddruck p im Bereich der Kontaktflächen bzw. Engstellen zwischen den beiden Körpern 402 ist mit drei senkrecht schraffierten Kurven gekennzeichnet. 5 shows a schematic representation of a lubricating gap 400 with a thin film of lubricant between two bodies 402 , In contrast to 4 have the two bodies 402 in 5 in places contact each other. A fluid pressure p in the area of the contact surfaces or bottlenecks between the two bodies 402 is marked with three vertically hatched curves.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer Rotorwelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Rotorwelle 102 handelt es sich beispielsweise um eine anhand der 1 und 2 beschriebene Rotorwelle. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Rotorwelle 102 einen an einem ersten Wellenzapfen befindlichen ersten Lagerabschnitt 600 und einen an einem dem ersten Wellenzapfen gegenüberliegenden zweiten Wellenzapfen befindlichen zweiten Lagerabschnitt 602, auch Lagerbereiche genannt. Hierbei ist der erste Lagerabschnitt 600 in einem ersten Wellenlager 604 und der zweite Lagerabschnitt 602 in einem zweiten Wellenlager 606 drehbar gelagert. Die beiden Wellenlager 604, 606 sind beispielsweise Teile eines Rotorwellenträgers, wie er vorangehend anhand der 1 und 2 beschrieben ist. 6 shows a schematic representation of a rotor shaft 102 according to an embodiment. At the rotor shaft 102 For example, it is one based on the 1 and 2 described rotor shaft. According to this embodiment, the rotor shaft comprises 102 a first bearing section located on a first shaft journal 600 and a second bearing portion located on a second shaft journal opposite the first shaft journal 602 , also called storage areas. Here is the first storage section 600 in a first shaft bearing 604 and the second storage section 602 in a second shaft bearing 606 rotatably mounted. The two shaft bearings 604 . 606 are, for example, parts of a rotor shaft carrier, as previously described with reference to 1 and 2 is described.

Die beiden Lagerabschnitte 600, 602 weisen jeweils eine Mehrzahl von Strukturelementen 608 auf, die dazu dienen, einen Fluidfilm innerhalb des Schmierspalts 400 zwischen der Rotorwelle 102 und den beiden Lagerabschnitten 600, 602 zu erzeugen, sofern die Rotorwelle 102 in einem Fluidstrom, etwa einem Blutstrom, um ihre Längsachse 612 gedreht wird.The two bearing sections 600 . 602 each have a plurality of structural elements 608 which serve to create a fluid film within the lubricating gap 400 between the rotor shaft 102 and the two bearing sections 600 . 602 to produce, provided the rotor shaft 102 in a fluid flow, such as a bloodstream, about its longitudinal axis 612 is turned.

Beispielhaft sind die im ersten Lagerabschnitt 600 befindlichen Strukturelemente 608 in 6 im Wesentlichen parallel zur Längsachse 612 ausgerichtet, während die im zweiten Lagerabschnitt 602 befindlichen Strukturelemente 608 in einem Winkel von etwa 45 Grad zur Längsachse 612 ausgerichtet sind.By way of example, those in the first bearing section 600 located structural elements 608 in 6 essentially parallel to the longitudinal axis 612 aligned while in the second bearing section 602 located structural elements 608 at an angle of about 45 degrees to the longitudinal axis 612 are aligned.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die beiden Lagerabschnitte 600, 602 als mikrostrukturierte Lagerbereiche realisiert.According to one embodiment, the two bearing sections 600 . 602 realized as microstructured storage areas.

7 zeigt eine schematische Darstellung einer Rotorwelle 102 mit drei Lagerabschnitten 600, 602, 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Rotorwelle 102 handelt es sich beispielsweise um eine vorangehend anhand der 1 bis 6 beschriebene Rotorwelle. Beispielhaft umfasst die Rotorwelle 102 gemäß 7 neben dem ersten Lagerabschnitt 600 und dem zweiten Lagerabschnitt 602 einen zwischen den beiden Lagerabschnitten 600, 602 angeordneten dritten Lagerabschnitt 700. Die drei Lagerabschnitte 600, 602, 700 sind mit je einem Strukturelement 608 und zwei weiteren Strukturelementen 706 realisiert. Hierbei sind die zwei weiteren Strukturelemente 706 jeweils seitlich versetzt zum Strukturelement 608 angeordnet. Im dritten Lagerabschnitt 700 sind die Strukturelemente 608, 706 alternierend je in eine andere Richtung orientiert. 7 shows a schematic representation of a rotor shaft 102 with three storage sections 600 . 602 . 700 according to an embodiment. At the rotor shaft 102 For example, it is a preceding by means of 1 to 6 described rotor shaft. By way of example, the rotor shaft comprises 102 according to 7 next to the first storage section 600 and the second storage section 602 one between the two bearing sections 600 . 602 arranged third storage section 700 , The three storage sections 600 . 602 . 700 are each with a structural element 608 and two further structural elements 706 realized. Here are the two other structural elements 706 each laterally offset to the structural element 608 arranged. In the third storage section 700 are the structural elements 608 . 706 alternately oriented in a different direction.

Wie in 7 zu erkennen, sind die Strukturelemente 608, 706 im ersten Lagerabschnitt 600 parallel zur Längsachse 612, im zweiten Lagerabschnitt 602 quer zur Längsachse 612 und im dritten Lagerabschnitt 700 in einem Winkel von plus/minus 45° zur Längsachse 612 angeordnet.As in 7 to recognize, are the structural elements 608 . 706 in the first storage section 600 parallel to the longitudinal axis 612 , in the second storage section 602 transverse to the longitudinal axis 612 and in the third storage section 700 at an angle of plus / minus 45 ° to the longitudinal axis 612 arranged.

Bei den Strukturelementen 608, 706 handelt es sich beispielsweise je um eine Mikrostruktur, wobei in 7 eine mögliche Winkelanordnung dieser Mikrostrukturen gezeigt ist.For the structural elements 608 . 706 For example, each is a microstructure, where in 7 a possible angular arrangement of these microstructures is shown.

8 zeigt eine schematische Darstellung einer vorangehend anhand der 1 bis 7 beschriebenen Rotorwelle 102 mit zwei Lagerabschnitten 600, 602 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine Spiralanordnung der Strukturelemente 608. Hierbei sind die Strukturelemente 608 in spiralförmigen Bändern 800 radial um eine Oberfläche, hier eine Mantelfläche, der Rotorwelle 102 angeordnet. Der Abstand zwischen den einzelnen Bändern 800 kann je nach Ausführungsform konstant oder variabel sein. Beispielhaft weisen die Bänder 800 im Lagerabschnitt 600 einen variablen Abstand und im zweiten Lagerabschnitt 602 einen konstanten Abstand zueinander auf. 8th shows a schematic representation of a previously with reference to FIG 1 to 7 described rotor shaft 102 with two bearing sections 600 . 602 according to an embodiment. Shown is a spiral arrangement of the structural elements 608 , Here are the structural elements 608 in spiral bands 800 radially around a surface, here a lateral surface, of the rotor shaft 102 arranged. The distance between the individual bands 800 may be constant or variable depending on the embodiment. By way of example, the bands 800 in the storage section 600 a variable distance and in the second bearing section 602 a constant distance from each other.

9 zeigt eine schematische Darstellung einer Rotorwelle 102 mit zwei Lagerabschnitten 600, 602 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Rotorwelle 102 entspricht im Wesentlichen der anhand von 8 beschriebenen Rotorwelle, mit dem Unterschied, dass die Strukturelemente 608 im ersten Lagerabschnitt 600 in x- und y-Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Hierbei sind die Strukturelemente 608 in versetzten Linien und relativ zueinander in einem definierten Winkel zwischen 0 und 90 Grad auf der Oberfläche der Rotorwelle 102 angeordnet. 9 shows a schematic representation of a rotor shaft 102 with two bearing sections 600 . 602 according to an embodiment. The rotor shaft 102 essentially corresponds to the basis of 8th described rotor shaft, with the difference that the structural elements 608 in the first storage section 600 in the x and y directions offset from one another. Here are the structural elements 608 in staggered lines and relative to each other at a defined angle between 0 and 90 degrees on the surface of the rotor shaft 102 arranged.

10 zeigt eine schematische Darstellung einer vorangehend anhand der 1 bis 9 beschriebenen Rotorwelle 102 mit zwei Lagerabschnitten 600, 602 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine mögliche Flächenbedeckung der Oberfläche der Rotorwelle 102 durch die Strukturelemente 608. Ein Flächenbedeckungsgrad beträgt beispielsweise zwischen 5 und 95 Prozent einer Gesamtoberfläche der Rotorwelle 102. Beispielhaft weist der erste Lagerabschnitt 600 einen kleinen Flächenbedeckungsgrad und der zweite Lagerabschnitt 602 einen hohen Flächenbedeckungsgrad auf. 10 shows a schematic representation of a previously with reference to FIG 1 to 9 described rotor shaft 102 with two bearing sections 600 . 602 according to an embodiment. Shown is a possible surface coverage of the surface of the rotor shaft 102 through the structural elements 608 , An area coverage, for example, is between 5 and 95 percent of a total surface area of the rotor shaft 102 , By way of example, the first bearing section 600 a small area coverage and the second storage section 602 a high surface coverage.

11 zeigt eine schematische Darstellung möglicher Formen eines Strukturelements 608 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt sind mögliche geometrische Formen des Strukturelements 608 in der Draufsicht, etwa eines vorangehend anhand der 1 bis 10 beschriebenen Strukturelements. Je nach Ausführungsform kann das Strukturelement 608, von links nach rechts betrachtet, als Ellipse, Näpfchen, Kreis, Raute oder Keil realisiert sein. 11 shows a schematic representation of possible forms of a structural element 608 according to an embodiment. Shown are possible geometric shapes of the structural element 608 in the plan view, about one above with reference to the 1 to 10 described structural element. Depending on the embodiment, the structural element 608 Seen from left to right, be realized as ellipse, cup, circle, lozenge or wedge.

12 zeigt eine schematische Darstellung zweier Strukturelemente 608 mit Tragflächenprofil gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den vorangehend anhand der 1 bis 11 beschriebenen Strukturelementen weisen die in 12 in der Draufsicht gezeigten Strukturelemente 608 eine Tragflächenform an der Oberfläche auf. Das Tragflächenprofil kann beispielsweise im Wesentlichen parallel oder quer zur Längsachse 612 ausgerichtet sein. 12 shows a schematic representation of two structural elements 608 with airfoil profile according to one embodiment. In contrast to the preceding with reference to the 1 to 11 have the structural elements described in 12 Structural elements shown in plan view 608 a wing shape on the surface. For example, the airfoil may be substantially parallel or transverse to the longitudinal axis 612 be aligned.

13 zeigt eine schematische Darstellung zweier Strukturelemente 608 mit Tragflächenprofil gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 12 weisen die Strukturelemente 608 gemäß 13 die Tragflächenform jeweils auf einer Bodenfläche 1300 auf, auch Grundfläche oder Grund genannt. Hierbei weist die Oberfläche der Strukturelemente 608, d. h. ein in 13 mit einer gestrichelten Linie gekennzeichneter umlaufender Rand 1302, beispielsweise die Form einer Ellipse auf. Je nach Ausführungsform kann die Oberfläche auch andere Formen aufweisen, etwa eine der Formen, wie sie vorangehend anhand von 11 beschrieben sind. 13 shows a schematic representation of two structural elements 608 with airfoil profile according to one embodiment. In contrast to 12 have the structural elements 608 according to 13 the wing shape each on a floor surface 1300 on, also called base or ground. In this case, the surface of the structural elements 608 ie an in 13 with a dashed line marked circumferential edge 1302 , For example, the shape of an ellipse. Depending on the embodiment, the surface may also have other shapes, such as one of the forms as described above with reference to FIG 11 are described.

14 zeigt eine schematische Darstellung eines zylinderförmigen Strukturelements 608 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Strukturelement 608, das Teil einer vorangehend anhand der 1 bis 13 beschriebenen Rotorwelle sein kann, weist über den gesamten Umfang eine konstante Tiefe A auf. 14 shows a schematic representation of a cylindrical structural element 608 according to an embodiment. The structural element 608 , the part of a preceding on the basis of 1 to 13 described rotor shaft, has over the entire circumference of a constant depth A.

15 zeigt eine schematische Darstellung eines abgeschrägten zylinderförmigen Strukturelements 608 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Je nach Ausführungsform kann das Strukturelement 608 mit oder ohne Tiefenzunahme realisiert sein. In 15 weist die Grundfläche des Strukturelements 608 eine von einer Kante C zu einer gegenüberliegenden Kante D gehende Tiefenzunahme auf. Dementsprechend ist die Grundfläche des Strukturelements 608 im Unterschied zu 14 abgeschrägt. 15 shows a schematic representation of a tapered cylindrical structural element 608 according to an embodiment. Depending on the embodiment, the structural element 608 be realized with or without depth increase. In 15 indicates the footprint of the structural element 608 a depth increase going from an edge C to an opposite edge D. Accordingly, the base of the structural element 608 in contrast to 14 beveled.

16 zeigt eine schematische Darstellung eines kegelstumpfförmigen Strukturelements 608 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den 14 und 15 weist das Strukturelement 608 gemäß 16 eine kegelförmige Geometrie auf. Je nach Ausführungsform kann das Strukturelement 608 in unterschiedlichsten Kegelformen ausgestaltet sein. 16 shows a schematic representation of a frusto-conical structural element 608 according to an embodiment. Unlike the 14 and 15 has the structural element 608 according to 16 a cone-shaped geometry. Depending on the embodiment, the structural element 608 be configured in a variety of conical shapes.

17 zeigt eine schematische Darstellung einer Rotorwelle 102 mit einer kanalartigen Verbindung 1700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Rotorwelle 102 handelt es sich beispielsweise um eine vorangehend anhand der 1 bis 16 beschriebene Rotorwelle. Die kanalartige Verbindung 1700 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein das Strukturelement 608 und das weitere Strukturelement 706 fluidisch miteinander verbindender Verbindungskanal ausgeformt. Beispielhaft sind die beiden Strukturelemente 608, 706 in 17 mit einer trapezförmigen Grundfläche realisiert, wobei der Verbindungskanal 1700 beispielhaft je an einer längeren der beiden parallelen Seiten der Grundflächen angeordnet ist. 17 shows a schematic representation of a rotor shaft 102 with a channel-like connection 1700 according to an embodiment. At the rotor shaft 102 For example, it is a preceding by means of 1 to 16 described rotor shaft. The channel-like connection 1700 is according to this embodiment as a structural element 608 and the further structural element 706 formed fluidly interconnecting connecting channel. Exemplary are the two structural elements 608 . 706 in 17 realized with a trapezoidal base, wherein the connecting channel 1700 for example, each is arranged on a longer of the two parallel sides of the base surfaces.

Je nach Ausführungsform können Mikrostrukturen als Strukturelemente 608 durch eine Kanalstruktur, die beispielsweise den in 17 gezeigten Verbindungskanal 1700 umfasst, in beliebiger Weise und an beliebiger Stelle über der Tiefe der Struktur miteinander zum Fluidtransport verbunden sein.Depending on the embodiment, microstructures may be used as structural elements 608 through a channel structure, for example, the in 17 shown connection channel 1700 comprises, in any desired and at any location above the depth of the structure, interconnected for fluid transport.

18 zeigt eine schematische Darstellung einer Stirnfläche 1800 einer vorangehend beschriebenen Rotorwelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Strukturelemente 608 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel spiralförmig um einen auf der Längsachse 612 liegenden Mittelpunkt der Stirnfläche 1800, auch Stirnseite genannt, angeordnet. Die in 16 in der Draufsicht gezeigte Spiralform der Strukturelemente 608 in Form von Mikrostrukturen ist mit einer durchgehenden Linie gekennzeichnet. Entlang dieser durchgehenden Linie kann eine Vielzahl von Strukturelementen 608 aneinandergereiht sein. Beispielsweise sind die Strukturelemente 608 bei Axiallagern in spiralförmigen Bändern axial auf der Stirnfläche 1800 angeordnet. 18 shows a schematic representation of an end face 1800 a rotor shaft described above 102 according to an embodiment. The structural elements 608 are spirally around one on the longitudinal axis according to this embodiment 612 lying midpoint of the end face 1800 , also called front side arranged. In the 16 spiral shape shown in plan view the structural elements 608 in the form of microstructures is indicated by a solid line. Along this continuous line can be a variety of structural elements 608 be strung together. For example, the structural elements 608 Axial bearings in spiral bands axially on the face 1800 arranged.

19 zeigt eine schematische Darstellung einer Stirnfläche 1800 einer Rotorwelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 18 sind die Strukturelemente 608 gemäß 19 zentrisch entlang mehrerer Geraden angeordnet, die sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Mittelpunkt der Stirnfläche 1800 schneiden, sodass sich eine zentrische Strahlanordnung der Strukturelemente 608 ergibt. Beispielhaft erstrecken sich die Strukturelemente 608 in 19 über zwei einander gegenüberliegende Kreissektoren der Stirnfläche 1800. 19 shows a schematic representation of an end face 1800 a rotor shaft 102 according to an embodiment. In contrast to 18 are the structural elements 608 according to 19 arranged centrally along a plurality of straight lines, which according to this embodiment in the center of the end face 1800 cut, so that a centric beam arrangement of the structural elements 608 results. By way of example, the structural elements extend 608 in 19 over two opposing circular sectors of the face 1800 ,

20 zeigt eine schematische Darstellung einer Stirnfläche 1800 einer Rotorwelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 19 sind die Strukturelemente 608 hier exzentrisch strahlförmig entlang mehrerer Geraden angeordnet. Je nach Ausführungsform können die Geraden parallel zueinander angeordnet sein oder sich in einem oder mehreren Punkten außerhalb des Mittelpunkts der Stirnfläche 1800 schneiden. 20 shows a schematic representation of an end face 1800 a rotor shaft 102 according to an embodiment. In contrast to 19 are the structural elements 608 here arranged eccentrically jet-shaped along several straight lines. Depending on the embodiment, the straight lines may be arranged parallel to one another or in one or more points outside the center of the end face 1800 to cut.

21 zeigt eine schematische Darstellung einer Stirnfläche 1800 einer Rotorwelle 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu der anhand von 20 beschriebenen Stirnfläche sind die Strukturelemente 608 entlang zweier aus geraden und kurvigen Abschnitten bestehender Linien exzentrisch angeordnet. Beispielhaft erstrecken sich die Strukturelemente 608 hierbei über drei von vier gleich großen Kreissektoren der Stirnfläche 1800. 21 shows a schematic representation of an end face 1800 a rotor shaft 120 according to an embodiment. Unlike the one based on 20 described end face are the structural elements 608 arranged eccentrically along two straight and curved sections of existing lines. By way of example, the structural elements extend 608 here over three of four equal circular sectors of the face 1800 ,

Je nach Ausführungsform können die Strukturelemente 608 in Form von Mikrostrukturen bei Axiallagern zentriert und exzentrisch strahlförmig entlang einer Geraden oder einer Kurve mit beliebiger Länge oder entlang einer Kombination aus Geraden und Kurven auf der Oberfläche angeordnet sein.Depending on the embodiment, the structural elements 608 centered in the form of microstructures in thrust bearings and arranged eccentrically jet-shaped along a straight line or a curve of any length or along a combination of lines and curves on the surface.

22 zeigt eine schematische Darstellung einer Stirnfläche 1800 einer Rotorwelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine partielle Flächenbedeckung der Stirnfläche 1800 mit Mikrostrukturen als Strukturelementen 608 bei Axiallagern in der Draufsicht. Hierbei erstrecken sich die Strukturelemente 608 partiell über bestimmte Bereiche der Stirnfläche 1800. 22 shows a schematic representation of an end face 1800 a rotor shaft 102 according to an embodiment. Shown is a partial area coverage of the face 1800 with microstructures as structural elements 608 for thrust bearings in plan view. In this case, the structural elements extend 608 partially over certain areas of the face 1800 ,

Die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele gelten sowohl für radiale als auch für axiale Rotorwellenlagerungen. Hierbei sind die Strukturelemente in Form von Mikrostrukturen, insbesondere in Form von Vertiefungen, alternativ oder zusätzlich auch in Form von Erhebungen, in beliebiger Weise, insbesondere in einem Winkel zwischen 0 und 90 Grad, zur Längsachse der Rotorwelle angeordnet. Ferner kann die Grundfläche der Mikrostrukturen aus einer beliebigen Kombination verschiedener Flächenprofile realisiert sein. Beispielsweise kann die Mikrostruktur eine Fläche aufweisen, deren Größe und Form sich ausgehend von der Oberfläche bis zum Strukturgrund ändern. Tiefe und Form der Mikrostrukturen können in beliebiger Weise miteinander kombiniert sein, insbesondere können die Mikrostrukturen in zusammenhängenden Bändern mit zunehmender oder abnehmender Tiefe oder Form oder mit einem lokalen Tiefenmaximum miteinander kombiniert sein.The embodiments described above apply to both radial and axial rotor shaft bearings. Here, the structural elements in the form of microstructures, in particular in the form of depressions, alternatively or additionally also in the form of elevations, in any desired manner, in particular at an angle between 0 and 90 degrees, arranged to the longitudinal axis of the rotor shaft. Furthermore, the base of the microstructures can be realized from any combination of different surface profiles. For example, the microstructure may have an area whose size and shape change from the surface to the structural ground. The depth and shape of the microstructures may be combined in any manner, and in particular the microstructures may be combined in contiguous bands of increasing or decreasing depth or shape or at a local maximum depth.

Eine jeweilige Länge der Mikrostrukturen liegt beispielsweise zwischen 1 nm und 500 µm.A respective length of the microstructures is, for example, between 1 nm and 500 μm.

Eine jeweilige Breite der Mikrostrukturen liegt beispielsweise zwischen 1 nm und 100 µm.A respective width of the microstructures is, for example, between 1 nm and 100 μm.

Eine jeweilige Tiefe der Mikrostrukturen liegt beispielsweise zwischen 1 nm und 20 µm.A respective depth of the microstructures is, for example, between 1 nm and 20 μm.

23 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 2300 zum Herstellen einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 2300 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer vorangehend anhand der 1 bis 22 beschriebenen Rotorwelle durchgeführt werden. Das Verfahren 2300 umfasst einen Schritt 2310, in dem die Rotorwelle bereitgestellt wird. Hierbei weist die Rotorwelle zumindest einen Lagerabschnitt zum Lagern der Rotorwelle in einem Rotorwellenträger auf, vorstehend auch Wellenlager genannt. In einem weiteren Verfahrensschritt 2320 wird im Bereich des Lagerabschnitts, der beispielsweise einem Wellenzapfen der Rotorwelle entspricht, zumindest ein Strukturelement derart ausgeformt, dass beim Drehen der Rotorwelle in einem Fluid, insbesondere in Blut, ein ausreichend dicker Fluidfilm als Schmierfilm in einem Schmierspalt zwischen dem Lagerabschnitt und dem Rotorwellenträger erzeugt wird. 23 shows a flowchart of a method 2300 for producing a rotor shaft according to an embodiment. The procedure 2300 For example, in connection with a preceding on the basis of 1 to 22 described rotor shaft are performed. The procedure 2300 includes a step 2310 in which the rotor shaft is provided. In this case, the rotor shaft has at least one bearing section for supporting the rotor shaft in a rotor shaft carrier, also referred to above as a shaft bearing. In a further process step 2320 is in the region of the bearing section, which corresponds for example to a shaft journal of the rotor shaft, at least one structural element formed such that when rotating the rotor shaft in a fluid, in particular in blood, a sufficiently thick fluid film is produced as a lubricating film in a lubrication gap between the bearing portion and the rotor shaft carrier ,

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die makroskopisch gefertigte Oberfläche der Rotorwelle im Schritt 2320 an einem oder mehreren Lagerabschnitten mit Mikrostrukturen als Strukturelementen dergestalt ausgeführt, dass hierdurch bereits bei sehr kleinen Rotorwellendrehzahlen ein trennender Fluidfilm erzeugt werden kann.According to one embodiment, the macroscopically manufactured surface of the rotor shaft in step 2320 executed on one or more bearing sections with microstructures as structural elements in such a way that thereby a separating fluid film can be generated even at very small rotor shaft speeds.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims (15)

Rotorwelle (102) für ein Herzunterstützungssystem (100), wobei die Rotorwelle (102) folgende Merkmale aufweist: zumindest einen Lagerabschnitt (600, 602; 700) zum Lagern der Rotorwelle (102) in einem Rotorwellenträger (104); und zumindest ein in dem Lagerabschnitt (600, 602; 700) angeordnetes Strukturelement (608) zum Erzeugen eines Fluidfilms in einem Schmierspalt (400) zwischen dem Lagerabschnitt (600, 602; 700) und dem Rotorwellenträger (104) beim Drehen der Rotorwelle (102) in einem Fluid.Rotor shaft ( 102 ) for a cardiac assistive system ( 100 ), wherein the rotor shaft ( 102 ) has the following features: at least one bearing section ( 600 . 602 ; 700 ) for supporting the rotor shaft ( 102 ) in a rotor shaft carrier ( 104 ); and at least one in the storage section ( 600 . 602 ; 700 ) arranged structural element ( 608 ) for producing a fluid film in a lubrication gap ( 400 ) between the storage section ( 600 . 602 ; 700 ) and the rotor shaft carrier ( 104 ) when rotating the rotor shaft ( 102 ) in a fluid. Rotorwelle (102) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (608) durch eine Vertiefung gebildet ist oder eine Vertiefung aufweist.Rotor shaft ( 102 ) according to claim 1, characterized in that the structural element ( 608 ) is formed by a depression or has a depression. Rotorwelle (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse des Strukturelements (608) und eine Längsachse (612) der Rotorwelle (102) in unterschiedliche Richtungen orientiert sind.Rotor shaft ( 102 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a longitudinal axis of the structural element ( 608 ) and a longitudinal axis ( 612 ) of the rotor shaft ( 102 ) are oriented in different directions. Rotorwelle (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lagerabschnitt (600, 602) radial um einen Endabschnitt der Rotorwelle (102) und/oder entlang einer Stirnseite der Rotorwelle (102) erstreckt.Rotor shaft ( 102 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing section ( 600 . 602 ) radially about an end portion of the rotor shaft ( 102 ) and / or along an end face of the rotor shaft ( 102 ). Rotorwelle (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (608) kreis-, ellipsen-, näpfchen-, rauten-, kegel-, zylinder-, keil-, spiral- und/oder tragflächenförmig ausgestaltet ist. Rotor shaft ( 102 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the structural element ( 608 ) Is designed circular, elliptical, suppository, diamond, conical, cylindrical, wedge, spiral and / or wing-shaped. Rotorwelle (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (608) an zumindest zwei Stellen unterschiedlich tief und/oder hoch ist.Rotor shaft ( 102 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the structural element ( 608 ) is at least two different depths and / or high. Rotorwelle (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bodenfläche (1300) und/oder ein umlaufender Rand (1302) des Strukturelements (608) die Form eines Tragflächenprofils aufweist.Rotor shaft ( 102 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a bottom surface ( 1300 ) and / or a peripheral edge ( 1302 ) of the structural element ( 608 ) has the shape of a wing profile. Rotorwelle (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (608) eine Länge zwischen 1 nm und 500 µm und/oder eine Breite zwischen 1 nm und 100 µm und/oder eine Tiefe zwischen 1 nm und 20 µm aufweist.Rotor shaft ( 102 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the structural element ( 608 ) has a length between 1 nm and 500 microns and / or a width between 1 nm and 100 microns and / or a depth between 1 nm and 20 microns. Rotorwelle (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest ein in dem Lagerabschnitt (600, 602; 700) angeordnetes weiteres Strukturelement (706) zum Erzeugen des Fluidfilms.Rotor shaft ( 102 ) according to one of the preceding claims, characterized by at least one in the storage section ( 600 . 602 ; 700 ) arranged further structural element ( 706 ) for producing the fluid film. Rotorwelle (102) gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch zumindest einen Fluidkanal (1700) zum fluidischen Verbinden des Strukturelements (608) und des weiteren Strukturelements (706).Rotor shaft ( 102 ) according to claim 9, characterized by at least one fluid channel ( 1700 ) for fluidically connecting the structural element ( 608 ) and the further structural element ( 706 ). Rotorwelle (102) gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (608) und das weitere Strukturelement (706) in unterschiedliche Richtungen orientiert sind.Rotor shaft ( 102 ) according to claim 9 or 10, characterized in that the structural element ( 608 ) and the further structural element ( 706 ) are oriented in different directions. Rotorwelle (102) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von in dem Lagerabschnitt (600, 602; 700) angeordneten Strukturelementen (608) zum Erzeugen des Fluidfilms, insbesondere wobei die Strukturelemente (608) entlang zumindest einer Geraden und/oder zumindest einer Kurve aneinandergereiht sind. Rotor shaft ( 102 ) according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of in the storage section ( 600 . 602 ; 700 ) arranged structural elements ( 608 ) for producing the fluid film, in particular wherein the structural elements ( 608 ) are strung together along at least one straight line and / or at least one curve. Rotorwelle (102) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strukturelemente (608) spiralförmig um eine Mantelfläche der Rotorwelle (102) und/oder spiralförmig entlang einer Stirnfläche (1800) der Rotorwelle (102) erstrecken. Rotor shaft ( 102 ) according to claim 12, characterized in that the structural elements ( 608 ) spirally around a lateral surface of the rotor shaft ( 102 ) and / or spirally along an end face ( 1800 ) of the rotor shaft ( 102 ). Herzunterstützungssystem (100) mit folgenden Merkmalen: einem Rotorwellenträger (104); und einer drehbar in dem Rotorwellenträger (104) gelagerten Rotorwelle (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.Cardiac assistance system ( 100 ) having the following features: a rotor shaft carrier ( 104 ); and one rotatable in the rotor shaft carrier ( 104 ) mounted rotor shaft ( 102 ) according to one of claims 1 to 13. Verfahren (2300) zum Herstellen einer Rotorwelle (102) für ein Herzunterstützungssystem (100), wobei das Verfahren (2300) folgende Schritte umfasst: Bereitstellen (2310) der Rotorwelle (102) mit zumindest einem Lagerabschnitt (600, 602; 700) zum Lagern der Rotorwelle (102) in einem Rotorwellenträger (104); und Ausformen (2320) zumindest eines Strukturelements (608) in dem Lagerabschnitt (600, 602; 700), wobei das Strukturelement (608) derart ausgeformt wird, dass beim Drehen der Rotorwelle (102) in einem Fluid ein Fluidfilm in einem Schmierspalt (400) zwischen dem Lagerabschnitt (600, 602; 700) und dem Rotorwellenträger (104) erzeugt wird.Procedure ( 2300 ) for producing a rotor shaft ( 102 ) for a cardiac assistive system ( 100 ), the process ( 2300 ) comprises the following steps: providing ( 2310 ) of the rotor shaft ( 102 ) with at least one storage section ( 600 . 602 ; 700 ) for supporting the rotor shaft ( 102 ) in a rotor shaft carrier ( 104 ); and shaping ( 2320 ) at least one structural element ( 608 ) in the storage section ( 600 . 602 ; 700 ), wherein the structural element ( 608 ) is formed such that when rotating the rotor shaft ( 102 ) in a fluid a fluid film in a lubrication gap ( 400 ) between the storage section ( 600 . 602 ; 700 ) and the rotor shaft carrier ( 104 ) is produced.
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