DE69014552T2

DE69014552T2 - Zentrifugalblutpumpe.

Info

Publication number: DE69014552T2
Application number: DE69014552T
Authority: DE
Inventors: Earl W C O Minnesota M Clausen; Lloyd C C O Minnesota Hubbard
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1989-10-24
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: US4984972A; JPH03151979A; JP3012308B2; DE69014552D1; AU6494590A; EP0425257A2; CA2028257A1; EP0425257A3; AU628676B2; EP0425257B1

Description

Die Erfindung betrifft Zentrifugalpuinpen für Blut und insbesondere eine Zentrifugalpumpeinheit für Blut, die lösbar mit einer Magnetantriebsvorrichtung gekoppelt werden kann.
Zentrifugalpumpen werden seit vielen Jahren verwendet, um eine große Vielzahl verschiedener flüssiger Materialien zu pumpen. Im allgemeinen umfaßt eine Zentrifugalpumpe ein Pumpengehäuse, das ein Pumpkammer darin umschließt, einen Einlaß, der mit einer Rotationsachse der Pumpe ausgerichtet ist, einen Auslaß nahe an dem Umfang der Pumpkammer, ein Flügelrad, das in der Pumpkammer positioniert ist und sich um seine Achse dreht, und eine Antriebseinrichtung, die mit dem Flügelrad in Verbindung steht. Das Flügelrad und die Antriebseinrichtung können mehrere mögliche Konfigurationen aufweisen. Bei einer Konfiguration ist das Flügelrad auf einer Antriebswelle befestigt, die außerhalb der Pumpkammer zu einer Umdrehungsantriebseinrichtung verläuft. Bei einer anderen Konfiguration umschließt das Pumpengehäuse zwei Kammern, von denen die eine einen Magnetrotor und die andere die Pumpkammer und das Flügelrad enthält. Das Flügelrad und der Rotor sind durch eine Antriebswelle verbunden. Zur Isolation der beiden Kammern werden Dichtungen verwendet. Mit dem Rotor steht eine Magnetantriebseinrichtung in Verbindung, um das Flügelrad in der Pumpkammer in Drehung zu versetzen. Bei noch einer weiteren Konfiguration ist das Flügelrad in der Pumpkammer durch eine Magneteinrichtung aufgehängt, die in dem Pumpengehäuse ausgebildet ist. Beispiele für diese Zentrifugalpumpen sind in den folgenden US-Patenten dargestellt: Kletschka et al., US-Patent Nr. 3,864,055; Rafferty et al., US-Patent Nr. 3,647,324; und Olsen et al., US-Patent Nr. 4,688,998.
In den letzten Jahren werden Zentrifugalpumpen vielfach zum Pumpen von Blut bei Operationen am offenen Herzen eingesetzt. Das Pumpen von Blut erfordert große Sorgfalt, um jede Beschädigung der roten Blutkörperchen oder aller anderen Blutbestandteile zu vermeiden. Jede praktische Blutpumpe, die bei Operationen am offenen Herzen als Teil eines jjerz/Lungen-Bypass-Systems dient, muß das erforderliche Strömungsvolumen unter Druck zuführen, ohne das Blut, das gerade gepumpt wird, zu beeinträchtigen.
Bei vielen bekannten zentrifugalpumpen für Blut und insbesondere bei einer Zentrifugalpumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten wie zum Beispiel Blut ist eine flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen der Antriebswelle und dem Gehäuse ein wichtiger Faktor für das Funktionieren der Pumpe. Reibung an der Dichtung erzeugt Wärme, die sowohl die Bauteile der Pumpe als auch das gerade gepumpte Blut beschädigen kann, wenn sie nicht abgeleitet wird. Auch kann die Drehung des Flügelrades zur Entstehung einer Luftblase führen, die die Welle umgibt. Diese Luftblase sucht sich meist den geringsten Durchmesser der Welle aus, der typischerweise nahe an der Antriebswellendichtung liegt. Bei einigen der Pumpen nach dem Stand der Technik ist der Be-reich nahe an der Antriebswellendichtung ein Bereich mit relativ stagnierender oder geringer Strömung der Flüssigkeit in bezug auf den Flüssigkeitsstrom in der Pumpenkammer. Die Luftblase neigt dazu, die Dichtung gegen den Flüssigkeitsstrom in der Pumpkammer zu isolieren, und vermindert dadurch die Ableitung der durch die Reibung an der Dichtungsoberfläche erzeugten Wärme.
Es ist oft der Fall, daß Blutpumpen nur einmal benutzt werden. Nach einmaligem Gebrauch müssen die Abschnitte der Pumpe, die mit dem Blut in Berührung kommen, entweder entsorgt werden, oder ihre Bestandteile müssen sterilisiert werden. Es ist eine Zentrifugalpumpe für Blut wünschenswert, die aus einer minimalen Anzahl von Teilen besteht, um die Kosten zu senken und die Sicherheit zu erhöhen.
In den US-Patenten Nr. 4,507,048; Nr. 4,589,822; Nr. 4,606,698; Nr. 4,643,641 und Nr. 4,898,518 sind verschiedene Zentrifugalpumpen für Blut beschrieben.
Weitere Beispiele für Zentrifugalpumpen sind in den US-Patenten Nr. 3,354,833; Nr. 3,411,450; Nr. 3,645,650; Nr. 3,771,910; Nr. 3,762,839; Nr. 3,838,947 und Nr. 4,352,646 sowie in der Japanischen Patentanmeldung Kokoku Nr. 43< 1968)/17206 und in den Deutschen Offenlegungsschriften Nr. 1,728,462 und Nr. 2,048,286 dargestellt. In der Japanischen Patentanmeldung Kokoku Nr. 43/17206 wird eine Zentrifugalpumpe beschrieben, in der ein Pumpenflügelrad magnetisch mit einer Gruppe von Antriebsmagneten gekoppelt ist. Das Flügelrad der Pumpe ist in einem Pumpengehäuse positioniert und drehbar um einen Drehzapfen oder ein Axiallager gelagert, der (das) nahe an dem Einlaß des Pumpengehäuses von Streben gehalten wird. Auf dem Flügelrad der Pumpe ist eine Gruppe von Magneten angeordnet, die von den Antriebsmagneten betätigt werden. Wird bei dieser Pumpe die Drehung der Antriebsmagnete gestoppt, kommt das Flügelrad der Pumpe auf Grund der Anziehungskraft zwischen dem Antrieb und den betätigten Magneten mit der Bodenplatte in Berührung, und es entsteht ein Zwischenraum zwischen dem Drehzapfenlager und dem Flügelrad.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine einmal verwendbare Pumpeinheit geschaffen, die lösbar an einer Magnetantriebseinrichtung befestigt werden kann, um Blut zu pumpen, wobei die Pumpeinheit folgendes umfaßt:
ein Pumpengehäuse mit einer darin befindlichen Pumpkammer sowie einem Einlaß und einem Auslaß, die mit der Pumpkammer in Verbindung stehen;
ein Lager, das in der Pumpkammer gelagert ist;
ein Flügelrad, das in der Pumpkammer positioniert ist, wobei das Flügelrad eine Nabe besitzt, die drehbar auf dem Lager gelagert ist, so daß sie sich um eine Mittelachse dreht; und
eine Magneteinrichtung, die auf dem Flügelrad in der Pumpkammer angeordnet ist und mit einer Magnetantriebseinrichtung magnetisch gekoppelt werden kann, um das Flügelrad in Drehung zu versetzen und auf diese Weise Flüssigkeit durch die Pumpeinheit zu pumpen, dadurch gekennzeichnet, daß:
das Flügelrad eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die so konfiguriert sind, daß sie den Blutstrom an dem Lager entlangführen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zentrifugalpumpe zum Pumpen von Blut geschaffen, umfassend:
eine einmal verwendbare Pumpeinheit, die folgendes umfaßt:
ein Pumpengehäuse mit einer darin befindlichen Pumpkammer sowie einem Einlaß und einem Auslaß, die mit der Pumpkammer in Verbindung stehen;
ein Lager, das in der Pumpkammer gelagert ist, wobei das Lager eine Mittelachse besitzt;
ein Flügelrad, das in der Pumpkammer positioniert ist und auf dem Lager gelagert ist, so daß es sich um die Mittelachse drehen kann, wobei das Flügelrad eine Nabe aufweist;
eine Magneteinrichtung, die auf dem Flügelrad angeordnet ist; und
eine Magnetantriebseinrichtung, die lösbar mit dem Pumpengehäuse verbunden werden kann, um mit der auf dem Flügelrad angeordneten Magneteinrichtung zu kommunizieren und auf diese Weise das Flügelrad in der Pumpkammer in Drehung zu versetzen; dadurch gekennzeichnet, daß:
das Flügelrad eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die so konfiguriert sind, daß sie den Blutstrom an dem Lager entlangführen.
Somit wird eine Zentrifugalpumpeinheit zum Pumpen von Blut offenbart, die nach einmaliger Verwendung entsorgt werden kann. Die Pumpeinheit kann lösbar an einer Magnetantriebseinrichtung befestigt werden.
Im allgemeinen umf aßt die Pumpeinheit ein Pumpengehäuse, das eine darin befindliche Pumpkammer umschließt, ein Lager, das in der Pumpkammer gelagert ist, und ein Flügelrad, das in der Pumpkammer positioniert ist. Das Pumpengehäuse weist einen Einlaß und einen Auslaß auf, die mit der Pumpkammer in Verbindung stehen. Das Flügelrad ist an seiner Nabe auf dem Lager gelagert, so daß es sich um eine Mittelachse drehen kann, die das Lager besitzt. In dem Flügelrad ist eine Vielzahl von Öffnungen vorgesehen, die so konfiguriert sind, daß das Lager für die Flüssigkeit freiliegt.
Auf dem Flügelrad ist eine Magneteinrichtung (z.B. mindestens ein Magnet) angeordnet und kann magnetisch mit der Magnetantriebseinrichtung gekoppelt werden, um das Flügelrad in Drehung zu versetzen und auf diese Weise Flüssigkeit durch die Pumpeinheit zu pumpen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lager ein Kugelzapfenlager, das zum Beispiel aus hartbeschichtetem Aluminium besteht, damit es eine ausreichende Wärmeableitung sichern kann. Auf dem Flügelrad ist um dessen Umfang herum ein ringförmiger Magnetring angeordnet. Der Magnetring weist eine Vielzahl von Magnetpolen auf und ist so positioniert, daß die magnetischen Feldlinien im wesentlichen zu dem Lager und zu der Mittelachse gerichtet sind. Die dabei entstehenden, auf die Nabe des Flügelrads wirkenden Ungleichgewichtskräfte verlaufen im allgemeinen parallel zu der Mittelachse von der Nabe in "Abwärtsrichtung" zu dem Lager und stabilisieren daher die Drehung des Flügelrades um die Mittelachse.
Die Zentrifugalpumpe weist vorzugsweise eine Magnetantriebseinrichtung auf, die lösbar mit der einmal verwendbaren Pumpeinheit verbunden ist. Die Magnetantriebseineinrichtung umfaßt einen Rotor mit einer Vielzahl von Antriebsmagneten, die ringförmig um dessen Umfang herum im Abstand voneinander angeordnet sind. Die Antriebsmagnete sind so positioniert, daß ihre magnetischen Feldlinien mit den magnetischen Feldlinien des auf dem Flügelrad in der Pumpkammer angeordneten Magnetrings fluchten und im allgemeinen parallel zu diesen verlaufen. Die Antriebsmagnete kommunizieren mit dem auf dem Flügelrad angeordneten Magnetring und versetzen auf diese Weise das Flügelrad in der Pumpkammer in Drehung, wenn der Rotor der Magnetantriebseinrichtung in Drehung versetzt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Zentrifugalpumpe für Blut gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2A ist eine auseinandergezogene Ansicht der Pumpe von Fig. 1 und zeigt die einmal verwendbare Pumpeinheit in von der Magnetantriebseinrichtung abgetrenntem Zustand.
Fig. 2B ist eine auseinandergezogene Ansicht der Zentrifugalpumpe für Blut von Fig. 1 und Fig. 2A.
Fig. 3 ist eine Drauf sicht auf die Pumpeinheit von Fig. 1,
Fig. 2A und Fig. 2B in von der Magnetantriebseinrichtung abgenommenem Zustand.
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Pumpe längs der Linie 4 - 4 von Fig. 3 und enthält auch die Magnetantriebseinrichtung von Fig. 1, Fig. 2A und Fig. 2B.
Fig. 5 ist eine Ansicht ähnlich der von Fig. 4 und zeigt eine alternative Ausführungsform mit einem niedrigen Profil und einer alternativen Anordnung des Stators.
Fig. 6 ist eine alternative Ausführungsform mit einem niedrigen Profil und einer Anordnung des Stators ähnlich der Anordnung von Fig. 4.
Fig. 7 ist eine fragmentarische Detailansicht einer alternativen Anordnung des Lagers.
Fig. 8 ist eine teilweise Schnittansicht einer Ausführungsform mit einer alternativen Anordnung des Flügelrades.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Fig. 1 bis Fig. 4 zeigen eine Ausführungsform der Zentrifugalpumpe für Blut gemäß der Erfindung. Fig. 5 bis Fig. 8 veranschaulichen alternative Ausführungsformen.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Zentrifugalpumpe 2 für Blut. Die Pumpe 2 ist auf einem (aus der Bodenplatte 6, dem Tragarm 8 und der Sicherungsmutter 10 bestehenden) Ständer 4 befestigt und umfaßt eine einmal verwendbare Pumpeinheit 12 und eine Magnetantriebseinrichtung 14. Die einmal verwendbare Pumpeinheit 12 ist lösbar mit der Magnetantriebseinrichtung 14 verbunden. Ein Elektrokabel 16 verbindet die Magnetantriebseinrichtung 14 mit einer (nicht dargestellten) elektrischen Stromquelle und führt auf diese Weise eine elektrische Erregung an der Magnetantriebseinrichtung 14 herbei. Beim Betrieb der Pumpe strömt das Blut durch den Einlaß 18 in die einmal verwendbare Pumpeinheit 12 und wird durch den Auslaß 20 herausgepumpt.
Fig. 2A und Fig. 2B sind auseinandergezogene Ansichten der in Fig. 1 veranschaulichten Zentrifugalpumpe. Fig. 2A zeigt die Zentrifugalpumpe von Fig. 1 mit der einmal verwendbaren Pumpeinheit 12 im von der Magnetantriebseinrichtung oder - vorrichtung 14 abgenommenen Zustand. Die Magnetantriebseinrichtung 14 enthält einen Rotor 22 mit einer Vielzahl von am Umfang voneinander beabstandeten Antriebsmagneten 24. Nahe an den Antriebsmagneten 24 ist eine Schutzplatte 26 positioniert und auf der Vorderseite der Magnetantriebseinrichtung 14 gelagert. Die Schutzplatte 26 isoliert den Rotor 22 gegen Fremdkörper und Verschmutzungen, die den Betrieb der Magnetantriebseinrichtung 14 behindern könnten.
Wie in Fig. 2B zu sehen ist, umf aßt die einmal verwendbare Pumpeinheit 12 ein (aus der Gehäusekappe 30 und dem Gehäuseboden 32 bestehendes) Pumpengehäuse, das darin eine (in Fig. 4 dargestellte) Pumpkammer P einschließt. Die Gehäusekappe 30 umfaßt den Einlaß 18 und den Auslaß 20 und ist vorzugsweise durchsichtig, so daß der Lauf der Pumpe 2 visuell überwacht werden kann. Der Einlaß 18 ist mit der Mittelachse C ausgerichtet, und der Auslaß 20 ist am Umfang der Gehäusekappe 30 positioniert. Zwischen der Gehäusekappe 30 und dem Gehäuseboden 32 ist eine ringförmige Dichtung 34 angeordnet, die eine flüssigkeitsdichte Dichtung für die Pumpkammer P bildet.
Die einmal verwendbare Pumpeinheit 12 umfaßt auch einen Stator 36 mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende. Das proximale Ende ist mit dem Gehäuseboden 32 verbunden, und das distale Ende ragt in die Pumpkammer P hinein. Der Stator 36 besitzt die Mittelachse C und ist im allgemeinen konisch geformt, so daß er die Stagnation der Flüssigkeit im Bereich der Mittelachse C verringert. Der Stator 36 umfaßt zwei Abschnitte: einen proximalen Abschnitt 38 und einen distalen Abschnitt 40. Der proximale Abschnitt 38 ist als Kegelstumpf ausgebildet, der entweder mit dem Gehäuseboden 32 verbunden oder einstückig mit demselben ausgebildet sein kann. Der distale Abschnitt 40 ist konisch geformt und mit dem proximalen Abschnitt verbunden. Der Stator 36 kann bei einer alternativen Ausführungsform einstückig ausgebildet sein. In der hier verwendeten Weise bezeichnet der Begriff "Stator" ein feststehendes Element, um das sich ein rotierendes Element drehen kann, wie z.B. das Flügelrad 44.
Mit dem distalen Ende des Stators 36 ist ein Lager 42 einstückig ausgebildet. Alternativ kann das Lager 42 gesondert hergestellt sein und dann mit dem distalen Ende des Stators 36 verbunden werden. Das Lager 42 ist als ein Kugelzapfenlager dargestellt, es kann jedoch auch jeder andere von einer Anzahl herkömmlicher Lagertypen zur Anwendung kommen. Das Lager 42 ist im allgemeinen mit der Mittelachse C ausgerichtet. Das Lager 42 besteht vorzugsweise aus einem Material mit ausreichenden Wärmeableitungseigenschaften, beispielsweise aus hartbeschichtetem Aluminium. Der distale Abschnitt 40 des Stators 36 besteht vorzugsweise ebenfalls aus Material mit guten Wärmeableitungseigenschaften. Die Wärmeableitung ist in der Nähe des Lagers 42 sehr wichtig, um sowohl das Lager 42 als auch das durch die Pumpkammer P gepumpte Blut zu schützen.
In der Pumpkammer ist ein Rotator oder Flügelrad 44 positioniert und auf dem Lager 42 gelagert, so daß er (es) sich um die Mittelachse C dreht. Bei dieser Ausführungsform ist das Flügelrad 44 so konfiguriert, daß es eine im allgemeinen konische Form aufweist. Das Flügelrad 44 weist eine Nabe 46 auf, die mit der Mittelachse C ausgerichtet ist und mit dem Lager 42 zusammengreift. Das Flügelrad 44 besitzt lange Schaufeln 48, kurze Schaufeln 50 und einen runden Flansch 52. Die langen Schaufeln 48 sind an ihren inneren Enden an der Nabe 46 des Flügelrades befestigt. Der Flansch 52 ist an den langen Schaufeln 48 bei estigt und wird von diesen gehalten. Die kurzen Schaufeln 50 werden von dem Flansch 52 gehalten. Bei der in den Figuren 2A und 2B dargestellten speziellen Ausführungsform sind die langen und die kurzen Schaufeln 48 und 50 abwechselnd im Abstand voneinander um den Umfang des Flügelrades 44 herum angeordnet. Flügelräder mit großem Durchmesser erfordern eine größere Anzahl von Schaufeln, um eine Pumpleistung zu erreichen. Werden kurze, von dem Flansch 52 gehaltene Schaufeln 50 verwendet, wird eine Pumpleistung des Flügelrades 44 erreicht, obwohl eine Nabe mit kleinem Durchmesser beibehalten wird, da an der Nabe 46 nur lange Schaufeln 48 befestigt sind. Wie in Figur 2B zu sehen ist, sind Öffnungen zwischen benachbarten langen Schaufeln 48 ausgebildet, die es der Flüssigkeit ermöglichen sollen, über das distale Ende 40 des Stators 36 und das Lager 42 zu strömen. Auf dem Flügelrad 44 ist eine (in Fig. 4 dargestellte) Magneteinrichtung 59 an oder in dem Flansch 52 in einer solchen Weise angeordnet, daß die Magneteinrichtung in Axialrichtung von dem Lager 42 versetzt ist.
Die Magnetantriebseinrichtung 14 weist Antriebsmagnete 24 auf, die mit der an dem Flansch 52 des Flügelrades 44 angeordneten Magneteinrichtung 59 kommunizieren, um das Flügelrad 44 in der pumpkammer P in Drehung zu versetzen. Die auf dem Flügelrad 44 angeordnete Magneteinrichtung 59 und die auf dem Rotor 22 angeordneten Antriebsmagnete 24 müssen so viel Anziehungskraft besitzen, daß sie den gewünschten Betrieb der Zentrifugalpumpe 2 für Blut auslösen. Vorzugweise müssen die Antriebsmagnete 24 stärker sein als die auf dem lügelrad 44 angeordnete Magneteinrichtung 59, so daß nicht so teure Magnete in der einmal verwendbaren Pumpeinheit 12 verwendet werden können.
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 1, Fig. 2A und Fig. 2B dargestellte, einmal verwendbare Pumpeinheit 12. Die durchsichtige Gehäusekappe 30 ist so dargestellt, daß der Einlaß 18 längs der Mittelachse C und der Auslaß 20 am Umfang positioniert ist. An dem Auslaß 20 kann ein Rohr 54 an der Gehäusekappe 30 angebracht werden, damit Flüssigkeit von der Pumpkammer 56 zu einem Bestimmungsort geführt werden kann. Das Flügelrad 44 ist mit den langen Schaufeln 48, den kurzen Schaufeln 50 und dem Flansch 52 dargestellt.
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die in Fig. 1, Fig. 2A und Fig. 2B dargestellte Zentrifugalpume 2. Die Zentrifugalpumpe 2 umfaßt die einmal verwendbare Pumpeneinheit 12 und die Magnetantriebseinrichtung 14. Die einmal verwendbare Pumpeinheit 12 weist eine Gehäusekappe 30 (mit dem Einlaß 18), einen Gehäuseboden 32, eine ringförmige Dichtung 34, einen Stator 36, eine Schraube 58 und ein Flügelrad 44 auf. Der Stator 36 weist einen proximalen Abschnitt 38 und einen distalen Abschnitt 40 auf, die durch eine Schraube 58 miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform ist der proximale Abschnitt 38 einstückig mit dem Gehäuseboden 32 ausgebildet. Das Lager 42 ist einstückig mit dem distalen Ende des Stators 36 ausgebildet und hält die Nabe 46 des Flügelrades 44. Wie zu sehen ist, ist auf dem Flügelrad 44 an dem Flansch 52 die Magneteinrichtung 59 angeordnet. Die Magneteinrichtung 59 ist vorzugsweise ein Magnetring mit einer Vielzahl von (nicht dargestellten) Magnetpolen und ist im Handel erhältlich. Alternativ kann auf dem Flansch 52 eine Vielzahl von am Umfang voneinander beabstandeten Magneten angeordnet sein. Die Magnetantriebseinrichtung 14 umf aßt eine Schutzplatte 26 und Antriebsmagnete 24, die auf dem Rotor 22 angeordnet sind.
Fig. 4 zeigt auch die Lagebeziehung zwischen der auf dem Flügelrad 44 angeordneten Magneteinrichtung 59 und den auf dem Rotor 22 angeordneten Antriebsmagneten 24. Die magnetischen Feldlinien F der Magneteinrichtung 59 sind im wesentlichen zu dem Lager 42 und der Mittelachse C gerichtet. Die Antriebsmagnete 24 sind so positioniert, daß ihre magnetischen Feldlinien F im allgemeinen mit den von der auf dem Flügelrad 44 angeordneten Magneteinrichtung 59 erzeugten magnetischen Feldlinien F fluchten und mit diesen parallel laufen. Die entstehenden Ungleichgewichtskräfte an dem Flügelrad 44 sind im allgemeinen mit der Mittelachse C ausgerichtet und verlaufen in einer Richtung von der Nabe 46 des Flügelrades zu dem Lager 42. Bei dieser Orientierung der Magnete stabilisieren die Gleichgewichtskräfte die Drehung des Flügelrades 44 um die Mittelachse C und drücken das Flügelrad 44 gegen das Lager 42.
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform einer einmal verwendbaren Pumpeinheit 60 mit einem niedrigeren Profil als dem in Fig. 4 dargestellten. Diese Ausführungsform umfaßt ein Pumpengehäuse 62, eine Gehäusekappe 64 mit dem Einlaß 66, einen Gehäuseboden 68, eine Pumpkammer 70, ein Flügelrad 72 und einen Stator 74. Der Auslaß des Gehäuses 62 ist in Fig. 5 nicht dargestellt, ist jedoch ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten Auslaß 20 positioniert. Fig. 5 zeigt nicht nur eine Pumpeinheit mit einem niedrigen Profil, sondern zeigt auch den Stator 74 als alternative Anordnung zu dem in Fig. 4 dargestellten Stator 36. Der Stator 74 umfaßt einen (einstückig mit dem Gehäuseboden 68 ausgebildeten) statorboden 76 und eine Spindel 78, die im allgemeinen das Lager 42 und den distalen Abschnitt 40 des Stators 36 ersetzen. Die Spindel 78 weist einander entgegengesetzte erste und zweite Enden 78A und 78B auf. Das erste Ende 78A ist mit dem statorboden 76 des Stators 74 verbunden, und das zweite Ende 78B ragt in die Pumpkammer 70 hinein und ist zwecks Gebrauch als Lager (in 78B) gerundet.
Das Flügelrad 72 von Fig. 5 ist ähnlich dem in Fig. 4 dargestellen Flügelrad 44, weist jedoch ebenfalls ein niedrigeres Profil auf. Das Flügelrad 72 besitzt eine andere Konfiguration der Nabe 80, die sich an das niedrigere Profil anpaßt, jedoch ohne etwas von dem Bereich der Flügelradschaufeln zu opfern. Die Nabe 80 besteht vorzugsweise aus hartbeschichtetem Aluminium oder einem ähnlichen wärmeableitenden Material. Auf dem Flügelrad 72 ist auf dem Flansch 84 des Flügelrades 72 eine Magneteinrichtung 82 angeordnet, so daß die magnetischen Feldlinien F im allgemeinen zu dem Lager am zweiten Ende 78B der Spindel 78 und zur Mittelachse C hin gerichtet sind, so daß die Drehung des Flügelrades 72 um die Mittelachse C stabilisiert wird. Die Pumpeinheit 60 mit niedrigerem Profil reduziert das Volumen der Pumpkammer 70, wobei die Pumpleistung aufrechterhalten wird. Dadurch verringert sich die Blutmenge, die notwendig ist, um die Pumpe vor Beginn des Betriebs zum Ansaugen zu bringen.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer einmal verwendbaren Pumpeinheit 86 mit niedrigem Profil. Die Pumpeinheit 86 umfaßt einen Stator 88, ein Flügelrad 90 und ein Pumpengehäuse 92. Das Pumpengehäuse 92 umf aßt die Gehäusekappe 94 und den Gehäuseboden 96. Anstelle der Spindel von Fig. 5 kommt ein Kugelzapfenlager 98 zum Einsatz. Der Gehäuseboden 68 und der Stator 74 von Fig. 5 wurden durch den Gehäuseboden 96 und den Stator 88 ersetzt. Der Stator 88 besitzt eine ähnliche Konfiguration wie der in Fig. 4 dargestellte Stator 36, weist jedoch ein niedrigeres Profil auf. Der Stator 88 umfaßt einen distalen Abschnitt 100, einen proximalen Abschnitt 102 sowie die Schraube 104. Der Stator 88 besitzt die Mittelachse C. Das Flügelrad 90 ist ähnlich dem in Fig. 5 veranschaulichten Flügelrad 72 und umfaßt eine Nabe 106, einen Flansch 108 und eine Magneteinrichtung 110. Die Magneteinrichtung 110 erzeugt magnetische Feldlinien F. Bei dieser Ausführungsform ist das Kugelzapfenlager 98 einstückig mit dem distalen Abschnitt 100 des Stators 88 ausgebildet, und der distale Abschnitt 100 und das Lager 98 sind vorzugsweise aus hartbeschichtetem Aluminium oder einem ähnlichen wärmeableitenden Material hergestellt.
Die Pumpeinheit 86 von Fig. 6 ist in dem Teilquerschnitt von Fig. 7 mit einer alternativen Anordnung des Lagers dargestellt. Ein konvexes Lager 112 ist einstückig mit der Nabe 114 des Flügelrades 116 ausgebildet. Das konvexe Lager 112 ruht auf der konkaven Lagerfläche 117 des distalen Abschnitts 119 des Stators 118, so daß es sich um die Mittelachse C dreht. Der distale Abschnitt 116 ist durch die Schraube 122 mit dem proximalen Abschnitt 120 verbunden. Das konvexe Lager 112 kann auch als gesondertes Element ausgebildet und mit der (nicht dargestellten) Nabe des Flügelrades verbunden sein.
Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform einer einmal verwendbaren Pumpeinheit 124 mit einer alternativen Konfiguration des Flügelrades 126. Die Pumpeinheit 124 umfaßt ein Pumpengehäuse 128, eine Gehäusekappe 130, einen Gehäuseboden 132, einen Einlaß 134, einen (nicht dargestellten) Auslaß, der an dem Umfang des Gehäuses 128 angeordnet ist, einen Stator 136 sowie ein Flügelrad 126. Der Stator 136 ist ähnlich dem Stator 36 in Fig. 4 und umfaßt einen proximalen Abschnitt 140, einen distalen Abschnitt 142 und eine Schraube 144. Das Flügelrad 126 umfaßt erste und zweite konzentrische Rotatorkonen 146 und 148, die durch eine Vielzahl von streben 150 miteinander verbunden sind. Der erste Rotatorkonus 146 ist auf dem Lager 152 gelagert, so daß sich der erste und der zweite Rotatorkonus 146 und 148 um die Mittelachse C drehen. Der erste und der zweite Konus 146 und 146 weisen jeweils eine Öffnung an der Mittelachse C auf, damit Flüssigkeit, die durch den Einlaß 134 in die Pumpkammer 154 einströmt, die Wärmeableitung durch Schmierung des Lagers 152 erhöhen kann. Durch diesen Flüssigeitsströmungsweg wird auch die Stagnation der Flüssigkeit nahe der Wand des Stators 136 eingeschränkt. Auf dem ersten Rotatorkonus 146 ist um dessen Umfang herum eine Magneteinrichtung 158 angeordnet und so ausgerichtet, daß die magnetischen Feldlinien F im wesentlichen zu dem Lager 152 und der Mittelachse C gerichtet sind.
Mit der Erfindung wird eine Zentrifugalpumpe für Blut geschaffen, die eine minimale Anzahl von zu entsorgenden und zu sterilisierenden Teilen besitzt. Die Antriebswellendichtungen von bekannten Zentrifugalpumpen für Blut wurden beseitigt, wodurch sich die Sicherheit der Pumpe gemäß der Erfindung erhöht. Die Sicherheit wird weiter erhöht, indem das Lager nahe an dem Einlaß positioniert wird, wie in Fig. 4 zu sehen ist, und indem durch das Flügelrad führende Öffnungen vorgesehen werden, die den Blutstrom an dem Lager entlangführen. Dadurch verstärkt sich der Blutstrom im Bereich des Lagers und verringert auf diese Weise die Entwicklung von Wärme an dem Lager und an dem Blut im Bereich der Oberfläche des Lagers. Deshalb wird auch eine Beschädigung des gepumpten Blutes durch die Wärme verringert.
Durch die reduzierte Anzahl der Teile der einmal verwendbaren Pumpeinheit in Verbindung mit ihrer stark vereinfachten Konstruktion werden die diesbezüglichen Kosten von Zentrifugalpumpen für Blut gegenüber den bekannten Zentrifugalpumpen für Blut gesenkt.

Claims

1. Einmal verwendbare Pumpeinheit (12; 60; 86; 124), die lösbar an einer Magnetantriebseinrichtung (14) befestigt werden kann, um Blut zu pumpen, wobei die Pumpeinheit (12; 60; 86; 124) folgendes umfaßt

ein Pumpengehäuse (30 und 32; 62; 92; 128) mit einer darin befindlichen Pumpkammer (P; 70) sowie einem Einlaß (18; 66; 134) und einem Auslaß (20), die mit der Pumpkammer (P; 70) in Verbindung stehen;

ein Lager (42; 78B, 98; 152), das in der Pumpkammer (P; 70) gelagert ist;

ein Flügelrad (44; 72; 90; 126), das in der Pumpkammer (P; 70) positioniert ist, wobei das Flügelrad (44; 72; 90; 126) eine Nabe (46; 80; 106) besitzt, die drehbar auf dem Lager (42; 78B; 98; 152) gelagert ist, so daß sie sich um eine Mittelachse (C) dreht; und

eine Magneteinrichtung (59; 82; 110; 158), die auf dem Flügelrad (44; 72; 90; 126) in der Pumpkammer (P; 70) angeordnet ist und mit einer Magnetantriebseinrichtung (14) magnetisch gekoppelt werden kann, um das Flügelrad (44; 72; 90; 126) in Drehung zu versetzen und auf diese Weise Flüssigkeit durch die Pumpeinheit (12; 60; 86; 124) zu pumpen, dadurch gekennzeichnet, daß:

das Flügelrad eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die so konfiguriert sind, daß sie den Blutstrom an dem Lager (42; 78B; 98; 152) entlangführen.

2. Zentrifugalpumpe (2) zum Pumpen von Blut, umfassend:

eine einmal verwendbare Pumpeinheit (12; 60; 86; 124), die folgendes umfaßt:

ein Lager (42; 78B; 98; 152), das in der Pumpkammer (P; 70) gelagert ist, wobei das Lager (42; 78B; 98; 152) eine Mittelachse (C) besitzt;

ein Flügelrad (44; 72; 90; 126), das in der Pumpkammer (P; 70) positioniert ist und auf dem Lager (42; 78B; 98; 152) gelagert ist, so daß es sich um die Mittelachse (C) drehen kann, wobei das Flügelrad (44; 72; 90; 126) eine Nabe (46; 80; 106) aufweist;

eine Magneteinrichtung (59; 82; 110; 158), die auf dem Flügelrad (44; 72; 90; 126) angeordnet ist; und

eine Magnetantriebseinrichtung (14), die lösbar mit dem Pumpgehäuse (32; 62; 92; 128) verbunden werden kann, um mit der auf dem Flügelrad (44; 72; 90; 126) angeordneten Magneteinrichtung (59; 82; 110; 158) zu kommunizieren und auf diese Weise das Flügelrad (44; 72; 90; 126) in der Pumpkammer (P; 70) in Drehung zu versetzen; dadurch gekennzeichnet, daß:

3. Zentrifugalpumpe (2) nach Anspruch 2, bei der die Magnetantriebseinrichtung (14) folgendes umfaßt:

einen Rotor (22), der neben dem Pumpengehäuse (32; 62; 92; 128) positioniert ist; und

eine Vielzahl von Antriebsmagneten (24), die ringförmig im Abstand am Umfang des Rotors (22) angeordnet sind und mit den magnetischen Feldlinien (F) ausgerichtet sind, die von den Antriebsmagneten (24) erzeugt werden und mit den magnetischen Feldlinien (F) fluchten, die von der auf dem Flügelrad (44; 72; 90; 126) angeordneten Magneteinrichtung (59; 82; 110; 158) erzeugt werden und die Mittelachse (C) schneiden, so daß die dabei entstehenden auf die Nabe (46; 80; 106) des Flügelrades einwirkenden Ungleichgewichtskräfte so gerichtet sind, daß sie die Nabe (46; 80; 106) des Flügelrades in Richtung zu dem Lager (42; 78B; 98; 152) drücken, wobei die dabei entstehenden Ungleichgewichtskräfte im allgemeinen parallel zu der Mittelachse (C) verlaufen und dadurch die Drehung des Flügelrades (44; 72; 90; 126) um das Lager (42; 78B; 98; 152) und die Mittelachse (C) stabilisieren.

4. Pumpeinheit (12; 60; 86; 124) oder Zentrifugalpumpe (2) nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Lager (42; 78B; 98; 152) neben dem Einlaß (18; 66; 134) gelagert ist, so daß der Strom der eingeleiteten Flüssigkeit über das Lager (42; 78B; 98; 152) geführt wird, wobei das Lager (42; 78B; 98; 152) und der Einlaß (18; 66; 134) auf der mittigen Drehachse (C) des Flügelrades (44; 72; 90; 126) ausgerichtet sind, die Richtung entlang der Mittelachse (C) von dem Lager (42; 78B; 98; 152) zu dem Einlaß (18; 66) hin die stromaufwärtige Richtung darstellt, und die Magneteinrichtung (69; 82; 110; 158) magnetische Feldlinien (F) bildet, die die mittige Drehachse (C) des Flügelrades (44; 72; 90; 126) an dem Lager (42; 78B; 98; 152) oder oberhalb desselben schneiden.

5. Pumpeinheit (12; 60; 86; 124) oder Zentrifugalpumpe (2) nach Anspruch 4, bei der das Pumpengehäuse (30 und 32; 62; 92; 128) folgendes umfaßt:

eine Gehäusekappe (30; 64; 94; 130), bei der der Einlaß (18; 66) mit der Mittelachse (C) ausgerichtet ist, um Flüssigkeit in die Pumpkammer (P; 70) zu leiten;

einen Gehäuseboden (32; 68; 96; 132), der mit der Gehäusekappe (30; 64; 94; 130) verbunden ist und auf diese Weise die Pumpkammer (P; 70) darin einschließt; und

eine ringförmige flüssigkeitsdichte Dichtung (34) zwischen der Gehäusekappe (30; 64; 94; 130) und dem Boden (32; 68; 96; 132).

6. Pumpeinheit (12; 60; 86) oder Zentrifugalpumpe (2) nach Anspruch 4, bei der das Flügelrad (44; 72; 90) einen Umfang und eine Vielzahl radialer, zu dem Umfang hin verlaufender Schaufeln (48) aufweist, wobei die Nabe (46; 80; 106) des Flügelrades (44; 72; 90) zwischen dem Einlaß (18; 66) und dem Lager (42; 78B; 98) angeordnet ist, die radialen Schaufeln (48) die Vielzahl von Öffnungen des Flügelrades (44; 72; 90) aufweisen, die so konfiguriert sind, daß das Lager (42; 78B; 98) für die von dem Einlaß (18; 66) heranströmende Flüssigkeit freiliegt, und wobei die Magneteinrichtung (59) magnetische Feldlinien (F) erzeugt, die die mittige Drehachse (C) des Flügelrades (44; 72; 90) schneiden, so daß die resultierenden, auf das Flügelrad (44; 72; 90) einwirkenden Gleichgewichts- und Ungleichgewichtskräfte die Drehung um das Lager (42; 78B; 98) und die Mittelachse (C) stabilisieren.

7. Pumpeinheit (60) oder Zentrifugalpumpe (2) nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Pumpeinheit (60) des weiteren einen Stator (74) mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende (78B) umfaßt, wobei das proximale Ende mit dem Pumpengehäuse (62) verbunden ist, und das distale Ende (78B) in die Pumpkammer (70) hineinragt; und wobei der Stator (74) folgendes umfaßt:

einen Statorboden (76), der als Kegelstumpf mit trapezförmigem Querschnitt entlang der Mittelachse (C) ausgebildet ist, wobei der Statorboden (76) eine maximale radiale Abmessung und eine minimale radiale Abmessung aufweist, und die maximale radiale Abmessung das proximale Ende des Stators (74) bildet; und

eine Spindel (78) mit ersten und zweiten einander entgegengesetzten Enden (78A und 78B), die mit der Mittelachse (C) ausgerichtet ist, wobei das erste Ende (78A) mit der minimalen radialen Abmessung des Statorbodens (76) verbunden ist, und das zweite Ende (78B) das distale Ende (78B) des Stators (74) bildet;

wobei das Lager (78B) einstückig mit dem zweiten Ende (78B) der Spindel (78) ausgebildet ist, die mit der Mittelachse (C) ausgerichtet ist.

8. Pumpeinheit (12; 86; 124) oder Zentrifugalpumpe (2) nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Pumpeinheit (12; 86; 124) des weiteren einen Stator (36; 88; 136) mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende umfaßt, wobei das proximale Ende mit dem Gehäuseboden (32; 96; 132) des Pumpengehäuses (30 und 32; 92; 128) verbunden ist, und das distale Ende in die Pumpkammer (P) hineinragt, wobei der Stator (36; 88; 136) eine mit der Drehachse (C) des Flügelrades (44; 90; 126) koaxiale Mittelachse (C) aufweist und einen proximalen Abschnitt (38; 102; 140) aus polymerem Material und einen distalen Abschnitt (40; 100; 142) aus hartbeschichtetem Aluminium besitzt, wobei der Stator (36; 88; 136) konisch geformt ist, so daß das proximale Ende einen größeren Radius besitzt als das distale Ende; wobei das Lager (42; 98; 152) ein Kugelzapfenlager (42; 98; 152) ist, das einstückig aus hartbeschichtetem Aluminium hergestellt ist, und der distale Abschnitt (40; 100; 142) des Stators (36; 88; 136) mit der Mittelachse (C) ausgerichtet ist; wobei das Flügelrad (44; 90; 126) konisch geformt ist mit einem maximalen radialen Ende im Bereich des proximalen Endes des Stators (36; 88; 136) und einem minimalen radialen Ende, das von dem Lager (42; 98; 152) aufgenommen wird.

9. Pumpeinheit (124) oder Zentrifugalpumpe (2) nach Anspruch 8, bei der das Flügelrad (126) eine Vielzahl von konzentrischen kegelförmigen Rotatoren (146 und 148) aufweist, deren maximale radiale Enden im Bereich des proximalen Endes des Stators (136) liegen, und deren minimale radiale Enden von dem Lager (152) aufgenommen werden.

10. Pumpeinheit (12; 60; 86; 124) oder Zentrifugalpumpe (2) nach Anspruch 4, bei der die Magneteinrichtung (59; 82; 110; 158) einen ringförmigen Magnetring mit einer Vielzahl von Magnetpolen aufweist.

11. Pumpeinheit (12; 60; 86; 124) oder Zentrifugalpumpe (2) nach Anspruch 4, bei der die Magneteinrichtung (59; 82; 110; 158) eine Vielzahl von im Abstand am Umfang angeordneten Magneten aufweist.