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

Abstract

 Diese Erfindung betrifft eine Trochoidkreiskolbenpumpe mit zweibogiger trochoidenförmiger Mantellaufbahn (2) und auf einem Exzenter (6) umlaufenden dreieckigen Kolben (5), dessen Ecken die Mantellaufbahn (2) berühren. Durch spezielle Gestaltung und Anordnung der Ansaug- beziehungsweise Ausstosskanäle (12, 12') mit Überströmtaschen (120, 120') gelingt es, vor allem bei Einsatz solcher Pumpen einen grossen Fortschritt zu erzielen, da diese Rotationspumpen trotz durchlaufender Drehung des Kolbens (5) eine alternierende Saug-und Ausstosswirkung an jeder der beiden Einlassöffnungen (12, 12') erzeugen und diese Pumpen in Verbindung mit den entsprechenden Membranblutpumpen trotz gleichbleibender Drehgeschwindigkeit des Kolbens (5) ein pulsähnliches Schlagvolumen an der angeschlossenen Membranblutpumpe bewirken, was in positiver Weise von grosser physiologischer Bedeutung ist. Die Anwendung dieser Pumpen erstreckt sich unter anderem sowohl auf die Möglichkeit der Herzunterstützung bei Herzleistungsschwäche eines Patienten als auch auf den Einsatz bei Herz- Lungenmaschinen und auf deren Verwendung bei der künstlichen Niere.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe für den Antrieb von Membranblutpumpen zur Förderung gasförmiger und flüssiger Stoffe, in der Art einer Trochoidkreiskolbenpumpe, die bei einer 2 : 3 Übersetzung mit einer zweibogigen trochoidenförmigen Mantellaufbahn und einem auf einem Exzenter einer Exzenterwelle umlaufenden dreieckigen Kolben, der mit seinen Ecken mit der Mantellaufbahn in ständig gleitender Berührung steht, ausgestattet ist.

[0002] Die Erfindung bezieht sich dabei auf Rotationspumpen, welche aufgrund ihrer geringen Außenmaße überall dort eingesetzt werden können, wo minimaler Platzbedarf dieser Pumpen eine funktionelle Notwendigkeit darstellt oder dies als wünschenswert erscheinen läßt. Diese Pum-Den können auf dem Gebiet der Herztechnologie als pneumatische Gaspumpen oder als hydraulische Flüssigkeitspumpen für den Antrieb von Membranblutpumpen sowie deren speziellen Sonderformen wie z.B. der Peristaltikpumpe, der Kopulsationspumpe oder der Schlauchventrikelpumpe verwendet werden.

[0003] Diese Rotationspumpen sind allgemein in der Technik, besonders jedoch auf dem Gebiet der Herztechnologie als pneumatische beziehungsweise hydraulische Rotationspumpen einsetzbar. Im speziellen betrifft die Erfindung die Lage der Ansaug- beziehungsweise Ausstoß- öffnungen.

[0004] Aus der AT-PS 355 177, der AT-PS 351 137, der DE-OS 2402084, der DE-OS 2242247 und der DE-OS 2021513 sind Rotationskolbenpumpen und Verdichter bekannt geworden, bei denen die Einlässe sowohl als Umfangs- als auch als Seiteneinlaß beschrieben werden. Keine dieser Rotationsmaschinen beschreibt eine Pumpe oder einen Verdichter, wo der jeweilige Einlaß alternierend zugleich als Ansaug- beziehungsweise als Ausstoßöffnung trotz durchlaufender Drehung des Kolbens und Beibehaltung der Drehrichtung des Kolbens verwendet wird, wobei die Drehrichtung egal ist, so wie es der Gegenstand dieser Erfindung offenbart.

[0005] Beim derzeitigen Stand der Herzpumpentechnik besteht die Tendenz zur Entwicklung pulsatil arbeitender Blutpumpen dahingehend, daß Membranblutpumpen mittels Druckplatten mechanisch betätigt werden, wobei die Kraftübertragung zwischen der Druckplatte und der Pumpenmembran meist hydraulisch erfolgt und die mechanische Bewegung der Druckplatte durch einen elektromechanischen Antrieb erzeugt wird.

[0006] Eine weitere derzeitigeEntwicklung verfolgt das Ziel, die Membranblutpumpen über Druckplatten mit Hilfe elektromagnetischer Solenoide zu betreiben.

[0007] Eine andere derzeitige Entwicklung verwendet eine 2 : 3 übersetzte Wankelpumpe, deren Ein- und Aulaßöffnungen allerdings so angeordnet sind, daß der Rotationskolben nur im Wendebetrieb arbeiten kann, was letztlich von großem Nachteil ist - was die Laufruhe, den Leistungsverbrauch und die starke mechanische Abnützung der Getriebeteile betrifft - und wozu eigentlich eine Hubpumpe besser geeignet erscheint.

[0008] Der Nachteil all dieser Entwicklungen liegt darin, daß entweder die Antriebseinheiten für transportable Geräte zu groß geraten oder daß bei entsprechender Kleinheit diese Antriebseinheiten eine zu geringe Pumpleistung entwickeln.

[0009] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.

[0010] Die erfindungsgemäße Lösung des Problems liegt dar- in, daß bei einer Rotationspumpe der eingangs erwähnten Art zwei durch den Gehäusemantel verlaufende und in die Mantellaufbahn mündende Ansaug- beziehungsweise Ausstoßkanäle vorgesehen sind, deren Mündungsöffnungen jeweils eine Uberströmtasche aufweisen, die sich als Ausnehmungen über jeweils einen gleich großen Abschnitt der Mantellaufbahn gleichsinnig erstrecken, wobei die Lage und Abmessung der Mündungsöffnungen mit Überströmtaschen so bestimmt ist, daß - im Radialschnitt der Pumpe betrachtet - die in Drehrichtung des Kolbens vorderen Steuerkanten der beiden Mündungsöffnungen mit Überströmtaschen mit je einem der beiden Simultanpunkte der zweibogigen Trochoide der Mantellaufbahn zusammenfallen, während die Lage der im Drehsinn des Kolbens hinteren Steuerkanten der beiden Mündungsöffnungen mit Uberströmtaschen so bestimmt ist, daß beispielsweise bei Totpunktstellung des Kolbens in einer Kammer die vorlaufende Kolbenecke unmittelbar über der vorderen Steuerkante einer der beiden Mündungsöffnungen liegt, während die nachlaufende Kolbenecke unmittelbar über der hinteren Steuerkante der anderen Mündungsöffnung liegt, sodaß trotz durchlaufender Drehung des Kolbens und Beibehaltung der Drehrichtung des Kolbens eine alternierende Saug- und Ausstoßwirkung an den öffnungen der Pumpe auftritt, wobei die Drehrichtung egal ist.

[0011] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Diese zeigt eine erfindungsgemäße Rotationspumpe im Radialschnitt mit in Draufsicht gezeigtem, in Totpunktstellung befindlichem Kolben.

[0012] Die erfindungsgemäße Rotationspumpe weist ein Gehäuse auf, welches aus einem Gehäusemantel 1 mit trochoidenförmiger Mantellaufbahn 2 und zwei Seitenwänden besteht, von denen nur die mit 4 bezeichnete in der Zeichnung sichtbar ist.

[0013] In dem Gehäuse läuft ein dreieckiger Kolben 5 auf einem Exzenter 6 um, dessen Welle mit 7 bezeichnet ist und welche die Seitenteile durchsetzt.

[0014] An den Ecken des Kolbens 5 sind Dichtteile vorgesehen, die aus Dichtleisten 8 und Dichtbolzen 9 bestehen. Ferner sind an den seitlichen Kolbenrändern Dichtstreifen 10 vorgesehen, die mit ihren Enden an den Dichtbolzen 9 anliegen. Mit den Dichtleisten 8 ist der Kolben 5 in ständigem gleitenden Eingriff mit der Mantellaufbahn 2.

[0015] Die Bewegung des Kolbens 5 wird von dem Zahnradgetriebe 11 gesteuert.

[0016] Die Zeichnung zeigt weiters, daß zwei durch den Gehäusemantel 1 verlaufende und in die Mantellaufbahn 2 mündende Ansaug-beziehungsweise Ausstoßkanäle vorgesehen sind, deren Mündungsöffnungen 12, 12' jeweils eine Überströmtasche 120 bzw. 120' aufweisen, die sich als Ausnehmungen über jeweils einen gleich großen Abschnitt (Bogen) der Mantellaufbahn 2 gleichsinnig erstrecken, wobei die Lage und Abmessung der Mündungsöffnungen 12, 12' mit Überströmtaschen 120, 120' so bestimmt ist, daß - im Radialschnitt der Pumpe betrachtet - die in Drehrichtung 13 des Kolbens 5 vorderen Steuerkanten 16, 16' der beiden Mündungsöffnungen 12, 12' mit Uberströmtaschen 120, 120' mit je einem der beiden Simultanpunkte D₁, D₂ der zweibogigen Trochoide der Mantellaufbahn 2 zusammenfallen, während die Lage der im Drehsinn 13 des Kolbens 5 hinteren Steuerkanten 14, 14' der beiden Mündungsöffnungen 12, 12' mit überströmtaschen 120, 120' so bestimmt ist, daß beispielsweise bei Totpunktstellung des Kolbens 5 in einer Kammer A die vorlaufende Kolbenecke 17 unmittelbar über der vorderen Steuerkante 16' einer der beiden Mündungsöffnungen 12' liegt, während die nachlaufende Kolbenecke 15 unmittelbar über der hinteren Steuerkante 14 der anderen Mündungsöffnung 12 liegt.

[0017] Für den Antrieb der erfindungsgemäßen Rotationspumpen ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. Erfolgt der Einsatz dieser Pumpen außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers, so ist die Antriebseinheit, bestehend aus einem Elektromotor oder einem Elektromotor mit Getriebe meist außerhalb der Rotationspumpe untergebracht und der Antrieb erfolgt über die Exzenterwelle 7.

[0018] Wird die erfindungsgemäße Rotationspumpe jedoch für eine tragbare Antriebseinheit außerhalb eines menschlichen oder tierischen Körpers konzipiert oder sogar in einem menschlichen oder tierischen Körper implantiert, so ist es aufgrund des geringen Bauvolumens sinnvoller, wenn der Elektromotor samt Getriebe im Inneren des Kolbens 5 untergebracht ist, was energiemäßig möglich ist, da die Pumpleistung einer implantierten Membranblutpumpe einiger Watt an Leistung bedarf.

[0019] Es kann aber auch der Elektromotor im Innern des Kolbens und das Getriebe außerhalb der Pumpe, oder das Getriebe innerhalb des Kolbens und der Elektromotor außerhalb der Pumpe untergebracht sein.

Ansprüche

1. Rotationspumpe für den Antrieb von Membranblutpumpen und zur Förderung gasförmiger und flüssiger Stoffe, in der Art einer Trochoidkreiskolbenpumpe, die bei einer 2 : 3 Übersetzung mit einer zweibogigen trochoidenförmigen Mantellaufbahn (2) und einem auf einem Exzenter (6) einer Exzenterwelle (7) umlaufenden dreieckigen Kolben (5) ausgestattet ist, der mit seinen Ecken mit der Mantellaufbahn (2) in ständig gleitender Berührung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwei durch den Gehäusemantel (1) verlaufende und in die Mantellaufbahn (2) mündende Ansaug- beziehungsweise Ausstoßkanäle vorgesehen sind, deren Mündungsöffnungen (12, 12') jeweils eine Überströmtasche (120, 120') aufweisen, die sich als Ausnehmungen über jeweils einen gleich großen Abschnitt der Mantellaufbahn (2) gleichsinnig erstrecken, wobei die Lage und Abmessung der Mündungsöffnungen (12, 12') mit überströmtaschen (120, 120¹) so bestimmt ist, daß - im Radialschnitt der Pumpe betrachtet - die in Drehrichtung (13) des Kolbens (5) vorderen Steuerkanten (16, 16') der beiden Mündungsöffnungen (12, 12') mit Überströmtaschen (120, 120') mit je einem der beiden Simultanpunkte (D_l, D₂) der zweibogigen Trochoide der Mantellaufbahn (2)zusammenfallen, während die Lage der im Drehsinn (13) des Kolbens (5) hinteren Steuerkanten (14, 14') der beiden Mündungsöffnungen (12, 12') mit überströmtaschen (120, 120') so bestimmt ist, daß beispielsweise bei Totpunktstellung des Kolbens (5) in einer Kammer (A) die vorlaufende Kolbenecke (17) unmittelbar über der vorderen Steuerkante (16') einer der beiden Mündungsöffnungen (12') liegt, während die nachlaufende Kolbenecke (15) unmittelbar über der hinteren Steuerkante (14) der anderen Mündungsöffnung (12) liegt.

2. Rotationspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mündungsöffnung (12, 12') mit überströmtaschen (120, 120') die trochoidenförmige Mantellaufbahn (2) der Breite nach ganz oder zum Teil unterbricht und vorzugsweise jede Mündungsöffnung (12, 12') mit Überströmtasche (120, 120') in bekannter Weise im Bereich des Gehäusemantels (1) zusätzlich in mindestens einer Seitenwand (3, 4) in Form einer Überströmtasche eingesenkt ist.

Zeichnung