专利名称：用于泵的具有叶轮叶片的径向可压缩和扩展的转子的制作方法
技术领域：
本发明属于机械工程和力学领域并涉及用于泵的转子。
背景技术：
美国临时申请序号61/364，559 (代理人案号ECP 27 (I)US)，美国临时申请序号61/364，595 (代理人案号ECP 27 (2)US)，美国临时申请序号61/364，578 (代理人案号ECP28US)通过引用并入本申请。转子泵的使用方式广泛，因具有相应的转子设计和转子速度而功能强大。转子通常可以被设计为轴向输送或离心输送转子，并具有相应的叶轮叶片。
这种泵令人特别感兴趣的地方在于，相对于它们的输送功率，它们的体积非常小，可以在运输时被压缩，在操作时被扩展。这种泵在医疗领域的特定应用涉及侵入式泵，它能以径向压缩状态被输送到病人体内，并可在体内扩展，以达到所期望的输送功率。这种泵可用作，例如，心脏辅助血液输送泵，并可通过血管被输送入体腔从而在那里径向展开。典型地，为了这一目的，转子以及容纳转子的相应的泵外壳都是可以径向压缩和展开的。例如，在美国专利7，393，181B2中已知这种泵。该泵具有一个转子，多个叶片被制成一体，且具有一轮毂，为了使转子可径向压缩，由于其材料具有弹性，从而在运输状态下，多个叶片可以折叠到所述轮毂上。在操作时，叶片自行竖起从而输送功率相应增加。转子的材料必须根据弹性性能和变形性能精心挑选，从而，一方面，能够容易地压到轮毂上，另一方面，能在操作时对被输送的液体施加足够的力。从美国专利申请2008/0114339A1中已知一个非常类似的泵，其相应的转子另外与一个同样可压缩可扩展的外壳相配合。在转子运行时，外壳通过竖立的转子叶片产生的力的作用被展开。
发明内容
针对在先背景技术，本发明的潜在目的是提供一个用于泵的转子，该转子可在尽可能小的力的作用下径向压缩，另一方面，在操作时可以易于展开，并且在展开状态下具有所需要的稳定的推力作用。根据本发明，这个目的通过权利要求1的特征实现。为了这个目的，本发明提供了一种用于泵的径向可压缩可扩展的转子，具有至少一个叶轮叶片，其中，所述叶轮叶片具有叶轮叶片本体以及至少一个加劲支柱，所述叶轮叶片本体的材料弹性可变形，所述加劲支柱至少部分嵌入叶轮叶片本体的材料中。根据本发明，所述转子优选地呈现一种支撑结构(即支柱)，该支撑结构没有任何封闭的边缘结构或边缘曲线。这意味着，本发明中，各支柱或叶片优选地可在很大程度上相互独立地变形，从而一方面能使转子很好的压缩，另一方面，还可在泵操作时提供充分的稳定性/刚度。在泵操作时，由加劲支柱局部加劲的叶轮叶片本体在形变方面具有几何维持性能。在这方面，支柱不穿透叶轮叶片本体的表面，这样不会引起对流体的干扰。在叶轮叶片厚度方向测量，该叶轮叶片厚度(即叶轮叶片的总厚度，包括任何空腔)，即在压力侧和吸力侧之间，优选至少为80%，特别是100%的相邻或连接的支柱的最大厚度，有利地超过相邻或连接的支柱的最大厚度。在设置支柱的区域，包括沿横贯支柱轴向方向的区域，特别是在基本垂直于支柱轴向方向观察，叶片壁厚度有利的大体上恒定或完全恒定。支柱厚度可以设计为变化的，例如沿其轴向，在相对于转子轴径向向外的方向上减少。在这种情况下，叶轮叶片的厚度也可以在这个方向减小。此外，在由支柱加强的区域之外，例如在叶轮叶片的侧端部，叶轮叶片的厚度还可以增加或减少。通过几乎不变的叶轮叶片的厚度，实现了在没有任何较大涡流和具有最小的叶轮叶片表面的情况下的沿着叶轮叶片的流的优化。 从而，各支柱在各个面均由叶轮叶片的塑料材料覆盖，(不同于，例如，在覆膜金属结构中)形成有利于流的均匀叶片表面。更加形状稳定的转子也根据覆膜金属结构制成，这些转子在流场压力下偏转小且更加均匀地偏转，而对加工公差也较不敏感；还有类似的转子，支柱之间膜的厚度很少达到10 %的支柱厚度，在极端的情况下，最大50 %的支柱厚度。对转子或叶轮叶片的不同力学要求，可以通过这种构造，分配给不同的材料或构件。可以建立和定位支柱，使它们不妨碍叶轮叶片从第一状态压缩到第二状态，但它们在另一方面，在第三状态，扩展状态，充分稳定转子。支柱因而吸收张力，鉴于叶轮叶片本体的材料具有所需的拉伸性。在这方面，转子或叶轮叶片的总质量和总体积也可以通过使用复合材料减至最小。这样，在第二状态，压缩状态下，能够具有小的直径。典型的，支柱通常由比叶轮叶片本体更硬的材料构成，例如硬塑料或金属合金或金属。该构造如此进行设计，以使转子在没有外力作用时，采用能被移动的第一状态，为了运输的目的，通过径向压缩形成一个第二状态，压缩状态，而它可以在操作中同样地从第一状态，通过竖立叶轮叶片，进入第三状态，扩展状态。由于转子的第一次状态相对于操作状态，已部分压缩，最终压缩所需的径向力应尽可能小。此外，叶轮叶片在第一状态优选位于提供使叶轮叶片在流体反压的作用下竖立起来，以及，它们的位置在第二状态，压缩状态为最优的位置。有利地，转子可以被设计为无轮毂的，支柱可以在径向相对于转动轴从第一轴向间距延伸至第二轴向间距。这意味着，支柱不必径向向内延伸至转动轴，只需在叶轮叶片中从那里开始径向向外延伸一个有限的距离。它们可以径向向外延伸至叶轮叶片端部，或者止于叶轮叶片端部之前的一个第二轴向间距。叶轮叶片自身可以是分离的，留出转动轴附近的空间，或者一个单个的贯通叶片可延伸过中部区域，例如，一个单螺旋叶片。在另一方面，可提供一轮毂与叶轮叶片连接，且该叶轮叶片以轮毂为中心转动。在这种情况，可以以一种简单的方式，通过轮毂将驱动力传到叶轮叶片上，而对于没有轮毂的转子，驱动力需要在端面传给叶轮叶片。至少有一个支柱，特别的，可以是多个支柱或所有支柱，可以有利地径向延伸入轮毂。该支柱可以，例如，作为一个个体或一个连接结构插入轮毂本体，或可被拉入轮毂本体的一个槽内以形成叶轮叶片的支撑结构。这样一个轮毂本体的槽状凹部通常沿外套表面螺旋延伸。在横截面上，该槽可以，例如，形成一个燕尾状，从而可靠地固定支柱。然而，也可以有利的提供，至少有一个支柱，特别是多个支柱或所有支柱，从轮毂外的第一轴向间距径向延伸至第二轴向间距。在这种情况下，例如，叶轮叶片可以容易地折叠到轮毂上。然而，折叠的一个相应的优化设计，也可能通过支柱延伸入轮毂本体，或穿过轮毂一体成型实现。支柱可以所有都相互连接或按组相互连接，有利的是，在转子处于展开状态观察时，支柱可以在靠近转动轴的支柱径向长度一半的范围内，相互连接。特别地，它们也可以在其靠近转动轴的端相互连接，只在那里连接也是有利的。支柱也可在它们远离转动轴的端部成对相互连接，从而形成环，各环在靠近转动轴的区域相互连接。从而，叶轮叶片在垂直于轴向载荷的方向得到了良好的加强，并且支柱使叶轮叶片平面形成良好的形变，以使在操作状态下，支柱也实现了良好的稳定性，但为了压缩，在叶轮叶片的轴向远端区域，支柱能相应地具有彼此之间的可移动性。支柱可为绳状体，例如丝线，也可以是金属状薄板体 的扁平部分。在一个有利的实施例中，它们可以，例如，从完整的金属板冲压得到或通过相应的切割技术切割得到，例如，激光切割，蚀刻或侵蚀。有利的，支柱与叶轮叶片本体材料嵌入模塑，或是浇铸，或是被液态本体材料浸润，随后相应地硬化。可更有利地提供，支柱设置在叶轮叶片本体的凹部，该凹部在各自支柱的纵向和/或横向方向大于支柱的外部尺寸。由于叶轮叶片本体的凹部至少在一个方向的范围内上比各自支柱的尺寸大，在转子处于不同状态时，支柱可以放置在各自凹部的不同位置。从而，在不同状态下叶轮叶片可以实现具有不同的刚度，一方面，处于一个第一位置时，叶轮叶片在展开状态下可以发挥很强的加劲作用，另一方面，在转子压缩时可以利用其凹部包围支撑该支柱，以使压缩时只有轻微的损伤。也可以有利地提供，至少有一个支柱，在其表面面向叶轮叶片压力侧和/或面向吸力侧而附着在叶轮叶片本体材料上。例如，当支柱只在面向吸力侧的表面黏附连接到叶轮叶片本体材料上且叶轮叶片材料不是可压缩的时候，在扩展状态可以得到高刚度。根据构造要求，各支柱可只在面向吸力侧或压力侧的表面黏附连接到叶轮叶片本体上，或者支柱可以在其所有表面都黏附至叶轮叶片本体。在进一步的实施例中，叶轮叶片本体和支柱间的黏附可以是不同的。转子可以，例如，被设计成，以使叶轮叶片本体在轮毂区域固定连接支柱，而在支柱远离轮毂的区域不黏附，从而可以在压缩时相对于支柱滑动。这可以通过例如局部使用黏附手段或分隔手段，或通过一种不同的表面设计(即表面粗糙度，形状匹配)实现。任何期望得到的实施例在此都是可能的例如可设计转子以使叶轮叶片本体在轮毂区域相对于支柱滑动，并且在远离轮毂的区域与支柱固定连接。这也可以在转子长度上变化。支柱可以至少部分包含超弹性材料，特别是超弹性聚合物，或是记忆合金，尤其是镍钛合金。在这方面，超弹性材料被理解为一种至少承受2 %的拉伸弹性然后在无外力的状态大致返回到其起始位置的材料。
叶轮叶片本体的材料也可包含超弹性材料，例如为了减少或防止裂缝的形成，特别是在叶轮叶片的径向外端和固定在轮毂的叶轮叶片的根部区域。支柱可以被设置为至少部分相对于转动轴的轴线方向倾斜，从而它们与轴向方向的夹角小于90°。在这种情况下，在压缩成第二状态时，各叶轮叶片不只在圆周方向上被置于轮毂上，而且也可以在转动轴方向部分折叠。这样做的好处是，压缩运动部分发生在叶轮叶片平面，而通常在这个方向没有必要用支柱对叶轮叶片加劲。因此，在具有良好的加强特性的同时，支柱可以在叶轮叶片平面有限地运动。本发明另一个有利的实施例中，叶轮叶片具有至少一个具有抗拉强度的元件，该元件为带状或薄膜状，在至少一个径向外固定点和至少一个径向内固定点与支柱和/或叶轮叶片本体连接。这种具有抗拉强度的元件在第三状态，即扩展状态稳定叶轮叶片，而不会明显妨碍压缩至第一状态或使其更为困难。相应的具有抗拉强度的元件可以，直接沿径向或者倾斜于转动轴延伸，特别是平行或基本平行于支柱延伸。更为有利地，转子至少在叶轮叶片的压力侧具有至少一个具有抗拉强度的元件，该元件为带状或者为薄膜状，一方面，在距离转动轴一个径向间隔处固定在一个支柱和/或叶轮叶片本体上，另一方面，固定在轮毂上。该具有抗拉强度的元件从而也可以被固定在轮毂上距离各自的叶轮叶片根部一定间隔的底部位置。该具有抗拉强度的元件还可以作为一个薄膜延续叶轮叶片的轮廓。更为有利地，该具有抗拉强度的元件可以包含玻璃纤维，聚碳酸酯纤维或其它强化纤维。它们有很高的抗拉强度和耐拉伸性，并且重量轻，体积小。进一步地，具有抗拉强度的元件至少部分地黏附在一个支柱的表面或叶轮叶片本体表面。在这种情况下，具有抗拉强度的元件成为支柱或叶轮叶片本体的一个附加层，并且局部形成一个复合体，具有理想的力学性能，如一个负荷方向的弯曲强度，和，可选的，在相反方向具有灵活性。具有抗拉强度的元件可以，例如，有效地被黏附，喷涂模塑或印刷到支柱或叶轮叶片上。可以使用通常的技术实现压印，该技术也用于将光学可识别符号涂到可印刷的表面。还可以将激光焊接或激光烧入应用于具有抗拉强度的元件。具有抗拉强度的元件可以伸展，例如，在转子的第一状态，以迂回的方式蜿蜒。相应的蜿蜒应具有的特点是，使得具有抗拉强度的元件在叶轮叶片拉伸进入第三状态的过程中可以伸展，从而有效地约束叶轮叶片进一步的运动。例如，也可以提供这样一种模式，具有抗拉强度的元件在叶轮叶片上呈射线状展开，所述元件开始于，例如，叶轮叶片根部一个共同的起点，沿叶轮叶片外侧径向远离彼此。在第三状态下采用理想的几何三维形状的叶轮叶片的受力曲线也可以通过相应的计算而被算出，并且可以通过具有抗拉强度的元件的相应位置而绘制。本发明另一个有利的实施例中，叶轮叶片可枢转地被支撑于一个空心圆柱轮毂外套侧的一个凹部内。这种设置的特点在于，在叶轮叶片在第一和第三状态间变形时，尽可能地限制叶轮叶片根部的材料形变，从而避免材料形成裂纹和其他疲劳现象。为此，作用在叶轮叶片根部区域的拉伸力被最小化。叶 轮叶片上的相应的夹持力不是通过将到叶轮叶片连接至轮毂而产生，而是通过其他结构。叶轮叶片可以通过，例如，薄膜铰链或削薄轮毂区域的轮毂材料来固定。更有利地，本发明提供了，叶轮叶片的一个内端通过开口伸入轮毂的圆柱形空腔。那么，叶轮叶片以双臂杆的方式支撑于轮毂本体壁。还可以是，该内端在第三状态下与轮毂空腔内的固定凸台相配合。轮毂的空腔可设计有固定凸台，这样，在进入第三状态后，叶轮叶片内端的运动得到限制。在压缩转子和叶轮叶片时，发生一个反方向的运动，使叶轮叶片内端也在轮毂内部远离固定凸台运动，并且尽可能自由地运动，从而不妨碍叶轮叶片的运动。 还可以是，叶轮叶片的至少一个支柱伸入轮毂的圆柱形空腔。叶轮叶片的支柱可在叶轮叶片本体内伸入轮毂内部或者也可以独立地伸入。在后一种情况下，叶轮叶片本体可以止于轮毂壁，而只有支柱可伸入中空圆柱形轮毂内部。各支柱可以，例如，每个在其伸入轮毂空腔的端部有一个凸台体，在第三状态下，所述凸台体与轮毂的固定凸台相配合。一个相应的支柱端部的凸台体可以，在不同情况下，形成一个垂直于转动轴的钣金零件，也可以与各支柱连接形成一体。从而，各支柱和凸台体可以简单地制造成连续形式，例如，冲压一个扁平体，如金属片。然而，凸台也可以由相对设置的叶轮叶片的支柱来形成。有利地，轮毂内的凸台，可以制造成与轮毂结合为一体的形式。优选地，(优选超弹性)支柱的一个实施例，无论在压缩状态还是操作状态，(甚至在局部)在支柱上任意一点，都不允许超过弹性拉伸。在支柱的几何设计中必须考虑这一点，例如，它们是弯曲类型时。本发明的进一步的发展提供了，至少一个叶轮叶片具有一个流压力侧和流吸力侦牝且至少一个加劲支柱在到达第三状态，即扩展状态时具有一个力学凸台。这种力学凸台可以通过不同的方式设计。例如，加劲支柱在流吸力侧被削弱。从而，在径向压缩转子(进入被支撑的导入状态)时便于压缩，而在相对于流体压力逆向运动时(即在输送操作中)发生自加强效应。这可以由，例如，可体现结构弱化的沿垂直于网络纵向的方向设置的狭缝来保证。在出现凸台的上述第三状态，这些狭缝的内壁可以直接相互挤压或，如果有塑料或其他嵌入材料，可以呈现相应的压缩，从而凸台情形在这里产生。唯一重要的是，转子在流体中展开，以使这里呈现力学“凸台”。“凸台”在这里被理解为不均衡地施加与流体压力方向相反的力；据此，可能在第三种状态(工作状态)限定一个位置。更为有利地是，加劲支柱，优选在径向靠近轮毂的区域，具有硬化的曲率。这可能是一个“膝”，确保在一个方向更加稳定，同时改善相反方向的变形性。这可以在本领域技术人员的能力框架内进行优化，例如，构件的伸展小于总体的8%。可以利用组成加劲支柱的材料，例如形状记忆材料，防止出现形变的塑型区域。进一步有利地，加劲支柱连接在转子前边缘区域，转子的后边缘区域和/或转子的另一个点。这意味着，多个叶片不必在转子的长度上轴向分布，但加劲支柱接触也要足够的，特别是，在对转子的流体技术形状重要的那些点。
进一步的发展提供了加劲支柱包括一个优选的环形轮毂部分以及一个径向外伸部分。该轮毂部分可以优选地以形状匹配的方式连接到一个轴等。此外，特别是可以防止从轮毂部分向径向外伸部分过渡的区域出现材料聚集，从而在这里实现更高的弹性且避免塑性变形；此外，通过适合的设计避免弹性反张力。加劲支柱一般可以由以合适方式影响成型和变形性的各种材料组成，优选金属或塑料。转子的所有实施例优选具有三种状态。第一状态中，转子不受外力且加劲支柱或叶轮叶片径向伸出。第二状态中，叶轮叶片被径向压缩或是处于与轮毂/轴相切的位置。在第三状态中，由流体反向压力或离心力从第一状态产生变形。在这方面，转子/加劲支柱/叶轮叶片优选设计成，从第一状态看，进入到第二状态发生的变形与从第一状态进入到第三状态发生的变形(旋转)方向相反。 这在前述弱化的加劲支柱的实施例中是特别有用的，因为在这里，这种弱化使得压缩只需很小的力，另一方面，通过加强/凸台，在操作状态(第三状态)呈现一个限定的工作位置，在工艺流程方面是有力的，并且能提供一个好的有关转子/泵转子的设计。必须指出的是，这里提出的所有转子/叶轮叶片特别适用于心室血泵。这些泵具有一个压缩状态(第二状态，见上文)，转子在这个状态下被引入，例如，一个闸门。在这个“引入状态”，血泵被引入身体的血管，例如进入人或动物的左心室。然后，在泵操作前，转子被引导出闸门，从而在旋转运动开始后，处于第三个状态。泵操作结束时，重复将转子引出闸门并将泵移除。
下面，参照附图的实施例呈现和描述本发明。附图如下图1为通过空心导管将转子血泵引入心脏左心室示意图；图2为泵的详细描述图；图3为一个实施例中的一个具有轮毂的转子示意图；图4为一个实施例中的一个具有无轮毂叶轮叶片的转子；图5为具有轮毂的转子和叶轮叶片本体的强化支柱的结构；图6为一个转子的一种支柱布局,支柱从转子纵轴垂直伸出；图7为一种支柱布局,支柱相对于转动轴倾斜；图8为具有一个实心轮毂的一个转子的一个横截面；图9为具有一个空心轮毂的一个转子的一个横截面；图10为具有一个空心轮毂和两个悬于轮毂凹部内的叶轮叶片的转子的横截面；图11为一个转子的横截面，该转子具有一个空心轮毂及凸台体；图12为一个转子的横截面，该转子具有一个空心轮毂，以及伸入所述空心轮毂并具有相应的凸台结构的两个叶轮叶片的支柱；图13为一个转子的横截面，该转子具有两个叶轮叶片及嵌入其中的支柱；图14为一个转子的部分截面，该转子具有两个叶轮叶片，支柱集成在叶轮叶片的空腔内；图15为一个转子的横截面，该转子具有一个叶轮叶片及一个集成在长于支柱的空腔内的支柱；图16为一个转子的外形三维立体图，该转子具有叶轮叶片以及用于支撑叶轮叶片的具有抗拉强度的元件；和图17为一个转子的外形三维立体图，该转子具有多个叶轮叶片以及多种支撑它们的抗拉元件；图18-20为一个实施例中的处于不同状态的一个加劲支柱，其中支柱的流吸入侧设有凹部以更好地压缩，凹部在操作状态大部分关闭，与嵌入的基材料共同形成凸台；图21-23为一个实施例中的处于不同状态的一个加劲支柱，支柱根据材料中均匀应力分布被优化；
图24-26为一个实施例中的处于不同状态的一个加劲支柱，支柱和一个弹性抗拉元件一体成型。
具体实施例方式图1示意性地示出了心腔I的左心室I以及通入它的血管2，通过闸门3，空心导管4可以被引入血管2。泵5固定在所述空心导管的远端，所述泵至少部分伸入心室I。泵
5在其远端具有吸笼8，血液被吸入其中，如箭头6，7所示。所述血液通过位于心脏瓣膜后方的血管2内的流出口 9被压出。泵5具有一个转子，该转子具有输送元件并由一个挠性轴11驱动绕其纵轴旋转，挠性轴11延伸穿过空心导管4，连接到病人体外的驱动电机10。操作中，转子的典型转速为几千到约50000转每分钟。图2更详细的示出了具有转子13的泵5。在不同情况下，转子13在泵的外壳12内由转子轴14在近端15处，即接近闸门3的一端，以及远端16，被可旋转地支撑。越过位于远端16的轴承或在远端和转子13本身之间，提供有血液吸入口，例如一个吸笼的形式，即刺穿外壳12。转子13本身是一体的，具有轮毂和与所述轮毂一体成型的双螺旋叶轮叶片。流出管17开始于泵外壳12，在泵正确地位于心脏瓣膜内时，流出管17位于血管2和心室I间的过渡区，从而流出口 18位于血管2内。在泵5的远端，有一个自由端弯曲的附加间隔部分，例如螺旋形状，以防止泵撞击到人体组织，而且便于推送泵穿过血管。此外，该元件应该防止泵紧紧吸到血管壁或心腔内壁上。图3示出了一个具有双螺旋叶轮叶片19，20的转子13a。双螺旋叶轮叶片19，20由塑料制成，与轮毂21 —体成型，可以，例如，在其内部接纳支撑支柱。叶轮叶片19，20的叶轮叶片本体可由，例如，固体形式的聚氨酯或泡沫制成，且支柱可以集成到本体内。在制造时，支柱与相应的塑料嵌入模塑而成。图4示意性地示出了一个具有一个叶轮叶片22的无轮毂转子的三维视图。相应的支柱也可以被嵌入。叶轮叶片22在其端面由驱动轴23驱动。图5示出了一个转子13b，具有轮毂24以及各自呈螺旋状环绕地分布在轮毂上并从所述轮毂径向伸出的两排支柱25，26，27。支柱26，26，27可以，例如，每个包括一对在远离转动轴的端部相互连接的两个单独的支柱。图5中转动轴由29标识。在这种方式，支柱25，26，27形成了可易于固定在叶轮叶片上的环。支柱可以，例如，一起固定在每个叶轮叶片各自的轨道上，轨道是柔性的并可被引入环绕轮毂24的凹部28内。在这个实施例中，直接相邻的支柱从而成对地相互连接，在靠近转动轴的区域，各对相互连接。图7示出了，支柱30，31，32，33在远离转动轴29的区域，每个成对相互连接，并通过一个贯通的轨道34的方式在靠近转动轴的区域连接。各支柱30，31，32，33相对于转动轴29，例如以角度约30°至60°，倾斜伸出。与此相对照，图6示出了支柱垂直于转动轴29径向伸出。图8示出了一个转子的横截面，该转子具有一个实心轮毂35，在其表面，在外套侧设有两个叶轮叶片36，37，在第二状态中示出，即处于稍微弯曲的形态。在操作时，即转子沿箭头38方向旋转时，叶轮叶片36，37竖立进一步几乎达到伸直。 相对于图8所示的结构，转子还可以进一步被压缩，在于叶轮叶片被压得更接近轮毂35。如图9所示，两个叶轮叶片36a，37a伸入轮毂35a的空腔39。叶轮叶片36a，37a从而形成双臂杆，该双臂杆被支撑在中空轮毂35a的壁中。图10示出了图9的进一步发展。在轮毂35b的区域40，41，即两个叶轮叶片36b，37b分别穿过轮毂35b壁的区域，壁厚减小。在相应的轮毂区域，叶轮叶片由各种薄膜铰链可枢转地支撑。图11显示了一个相应的形态，两个叶轮叶片36c，37c的内端以及固定于内端的凸台体42，43均伸入轮毂35c的空腔44。在转子操作时，在轮毂的内部空间，凸台体42，43沿箭头45，46的方向与相应的凸台47，48相互配合，使叶轮叶片36c，37c在第三状态被支撑，从而采取期望的操作状态。在压缩运动时，凸台体42，43不受凸台47，48的限制，叶轮叶片36c，37c可以进入图11中虚线所示的位置。在这方面，叶轮叶片在轮毂本体35c的相应削薄区域枢转。图11中箭头49示出了操作时转子的转动方向，而叶轮叶片受到的流体反向压力由箭头50，51示出。如图12所示，在另一个实施例中，转子具有一个轮毂本体35d及两个叶轮叶片36d，37d，各叶轮叶片36d，37d具有支柱52，53。在本实施例中，叶轮叶片止于轮毂35d的外套表面，只有支柱52，53伸入轮毂内部。当转子达到第三状态时，支柱53在轮毂内部空间，沿箭头54的方向与凸台55邻接。从而支撑相应的叶轮叶片37d。参照叶轮叶片36d，示出了相对设置的另一种构造。一个转子上的叶轮叶片具有的不同构造只是通过举例的方式呈现。叶轮叶片36d的支柱52延伸到轮毂35d内部的凸台体52a为圆盘形状，可与支柱52—体成型，并可以，例如，由一个金属薄片冲压成型。凸台体52a的形状可以使其，在处于第三状态时，在相应的负荷下，与凸台56邻接，在这种情况下，不需要任何特别的设计来限制叶轮叶片36d的运动。在转子内部，多个凸台52a也可以互相连接，为支柱52形成一种结构，在它们，例如，嵌入叶轮叶片本体材料模塑成型时，固定它们。如图13所示，一个转子具有一个实心结构的轮毂35e，还具有两个叶轮叶片36e，376，各自的支柱547，58集成在叶轮叶片366，376内。支柱57从第一轴向间距，如虚线59所示，延伸到第二轴向间距，如虚线60所示。从而支柱57并不延伸至轮毂35e。支柱58延伸至并进入轮毂35e，并止于轴向间距61，即相对于转子轴，它在径向短于叶轮叶片37e。支柱57、58的区别只在单个转子中的示例方式中示出。在这个例子中，支柱嵌入叶轮叶片本体材料模塑成型，并且部分地或在所有侧附着在材料上。如图14所示，一个轮毂35f具有两个示范性的叶轮叶片36f，37f,每个接纳一个支柱62，63。支柱62的长度和宽度都小于其所处的叶轮叶片36f内的空腔64。支柱63在其径向外端65由叶轮叶片37f的材料固定包围，并且在接近于轴的区域66内移动或在叶轮叶片37f的空腔内旋转，根据压缩状态或者展开状态采取不同的位置，即靠在不同的空腔壁上。这种空腔可以设计为不对称的。这样的形态使得，在一个位置，例如，转子处于第三状态，相应的支柱63可以支撑叶轮叶片的37f，而在支柱没有起到支撑作用时，转子可以被高度压缩，因为支柱可以在叶 轮叶片内逃避。相应的是，支柱也可只在其靠近轴的一端被固定包围和固定在叶轮叶片内，只在远离轴的区域运动。在图15中示出了具有一个轮毂35g的转子以及一个内部集成支柱67的叶轮叶片36g。支柱67在径向方向比叶轮叶片36g内的空腔68短，从而在操作时，支柱可滑动，例如通过离心力，径向向外并能在那里支撑叶轮叶片。在压缩运动中，例如通过位于支柱径向外端的相应斜坡，所述支柱可以径向向内移动，从而比位于径向外区域较少地阻碍压缩。示出的斜坡在支柱67的径向外端被标记为69。转子的转动由箭头70标记，作用于叶轮叶片36上的流体反向压力用箭头71标记。图16示出了一个转子72的三维视图，在操作中，沿箭头73的方向旋转。由于流体反向压力而在叶轮叶片74上产生的力如箭头75，76所示。在图中，所示的抗拉元件77，78，79，80代表固定和对齐的不同示例。抗拉元件77，78延伸，例如，从叶轮叶片74上的径向外部点到临近轮毂81的内部点。抗拉元件79，一方面，固定在叶轮叶片74上的一个点82 ;另一方面，点83固定在轮毂81表面上距离叶轮叶片底部一段距离处。抗拉元件80已形成为薄膜状，并固定在叶轮叶片的一个点84，而底部85固定在离开叶轮叶片74底部一定间隔的位置的轮毂81的表面上。可以对齐薄膜80的位置，使其不妨碍流体流动。在转子压缩的第二状态或转子的第一状态，相应的抗拉元件是松弛的，不妨碍叶轮叶片74的任何运动。在第三个状态，当叶轮叶片伸直，抗拉元件限制进一步的过度伸展从而稳定叶轮叶片。抗拉元件可以，例如，由一个具有玻璃纤维增强的带状物组成或完全由玻璃纤维或聚碳酸酯纤维，如芳纶，组成，以实现厚度尽可能小，而相应的拉力和抗拉强度高。而抗拉元件可以还由一个聚合物薄膜组成，例如聚醚醚酮或金属薄膜，例如镍钛合金或钛，以达到预期的效果。基本上，这些材料或材料组合特别适合这些柔性的抗拉元件，也用于所谓的不相容气囊导管，因为这些通常结合了这里所需的力学性能以及同样需要的生物相容性和血液相容性。此外，在叶轮叶片74上有两个抗拉元件86，87，抗拉元件86以另一种方式被粘附，印在或固定在叶轮叶片74的表面上，并具有蜿蜒的形态，且只有在叶轮叶片处于第一、二状态时才呈现这种形态。如果叶轮叶片扩展到第三状态，该抗拉元件采用如87标记的扩展形式，用于随后拉紧并防止叶轮叶片超过扩展状态进一步运动。在图17中示出了，转子具有多个叶轮叶片88，89，90，每个只部分环绕轮毂91，可以各自通过抗拉元件92，93，94的方法支撑。抗拉元件92可为薄膜状，并以一种有利于流体动力的方式延续相应的叶轮叶片88的轮廓。它们被设置并拉紧，从而使它们在扩展状态支撑叶轮叶片。此外，叶轮叶片88，89，90可以具有集成在它们内的支柱95。本发明实施例的各种变化，单独的或互相结合，体现了用来支撑作为复合体构建在泵转子上的叶轮叶片的有效措施。每个相应的转子可以被设置在一个可压缩可扩展的外壳内，外壳可以，例如，通过竖立的叶轮叶片而被扩展。如图18-20所示，为加劲支柱的另一个实施例。在这方面，图18所示的第一状态是不受外力的状态。图19所示的第二状态是加劲支柱/叶轮叶片/转子被径向压缩的状态。在这种情况下，主要是通过图19中的加劲支柱向左，即逆时针方向，倾斜来实现。如图20所示，为第三状态，这是转子/叶轮叶片/加劲支柱的操作状态，在这个状态下流体被实际输送。在这方面，流体反向压力为顺时针方向，即转子的旋转方向是逆时针方向。在这方面，在流吸力侧(从图20底部，加劲支柱径向外侧看)呈现削弱。在这个例子中，流压力侧没有被削弱。图18-20只示出了加劲支柱，而没有示出任何额外的加劲支柱所嵌入的材料。在这个例子中，加劲支柱固定在转子的轴向前流体边缘，在图8中向右伸出的加劲支柱的径向外伸部分完全被嵌入材料包围，嵌入材料在本例中为塑料。在削弱狭缝间，也是这样的情况。在这方面，从外面看，叶轮叶片表面丝毫没有被削弱。还必须额外指出的是，压缩(见图19)是特别简单的，而如图20所示。在这个状态下，出现了一个“力学凸台”。在这方面，狭缝的内壁不必互相邻接，因为设置在这中间区域的嵌入化合物/嵌入材料/塑料被压缩，从而保证对形变的限制。 图21示出了支柱/转子不受外力的第一状态。在以下没有另外说明的情况下，各特征根据图18-20的上述实施例形成。在图21-23所示的实施例中(图22示出第二状态；图23示出第三状态)，没有狭缝形式的削弱；而是在靠近圆形轮毂的区域有一个“硬化的曲率”的弯曲。这个设计的目的在于，一方面，在弹性变形到如图22所示的状态时，可以有轻微的弯曲，并且另一方面，根据图23的状态，呈现力学凸台，而没有之前出现的会发生不可逆形变的材料塑性区。图24-26进一步示出与图21_23相似的实施例，然而，在从环形轮毂区域向径向伸出部分过渡的区域，位于轮毂环的径向内侧被削弱，该削弱有利于该伸出部分的弹性，尤其是在从图24所示第一状态到图25所示第二状态运动中。此外，通过适当的构造，确保了在图26所示第三个状态的力学凸台，该第三状态能够，例如，通过将渐缩区域(100)设计为抗拉支柱，而出现。采用第一状态时，渐缩区域(100)很容易弯曲，但在第三状态时，采用了近似伸展形态，增加阻力抵抗流体压力引起的偏斜。必须再次提到，图20，23和26中假定的每种情况下，转子的旋转方向都是逆时针的，从而径向伸出部分在顺时针方向伸展。图26进一步示意性示出，本实施例中，叶轮叶片的轮廓101完全包围支柱，流体与一个均匀的表面相接处，该表面尽可能的一致。这确保，在操作状态下，流体加速度尽可能平稳，剪切力峰值小。本发明的方面包括1. 一种用于泵的径向可压缩可扩展转子(13，13a，13b)，具有至少一个叶轮叶片(19，20，22，36,36a,36b,36c,36d,36e,36f,36g,37，37a,37b,37c,37d,37e,37f,74，88，89，90)，其中所述叶轮叶片具有材料可弹性变形的叶轮叶片本体，以及至少一个至少部分地嵌入叶轮叶片本体材料的加劲支柱(25，26，27，30，31，32，52，53，57，58，62，63，67，95)。2.根据第I方面的一种转子，其特征在于，它采用了没有任何外力作用的第一状态，它可以从该第一状态通过径向压缩进入到第二状态。3.根据第I或第2方面的一种转子，其特征在于，它采用了一个没有任何外力作用的第一状态，从该第一状态开始，至少一个叶轮叶片在操作中可以特别地通过在旋转时产 生的流体反向压力和/或离心力被竖立起来变为第三扩展状态。4.根据第I至3方面中的任一方面的一种转子，其特征在于，它被制成是无轮毂的，并且所述支柱沿径向方向相对于转动轴从一个第一轴向间距延伸至一个第二轴向间距。5.根据第I至3方面中的任一方面的一种转子，其特征在于，至少一个叶轮叶片连接到轮毂(24，35，35a，35b，35c，35d，35e，35f，35g，81，91)，并可相对于它枢转。6.根据第5方面的一种转子，其特征在于，至少一个支柱(52，53)延伸到并进入轮毂(35d)。7.根据第5方面的一种转子，其特征在于，至少一个支柱(57)从轮毂(35e)径向外侧的一个第一轴向间距(57)径向延伸至一个第二轴向间距(60)。8.根据第I方面或之后的任一方面的一种转子，其特征在于多个支柱(25，25，27，30，31，32，33)彼此相互连接。9.根据第8方面的一种转子，其特征在于支柱(25，26，27，30，31，32，33)，靠近转动轴在径向长度一半的范围内，特别是在它们靠近转动轴的端部，彼此相互连接。10.根据第9方面的一种转子，其特征在于，支柱(25，26，27，30，31，32，33)只在靠近转动轴，在径向长度一半的范围内彼此相互连接。11.根据第I方面或之后的任一方面的一种转子，其特征在于，支柱(25，26，27，30，31，32，52，53，57，58，62，63，67，95)嵌入叶轮叶片本体材料模塑成型。12.根据第I方面或之后的任一方面的一种转子，其特征在于，支柱(62，63)设置于所述叶轮叶片本体上的凹部(64，65)内，该凹部在各自支柱的纵向和/或横向方向大于所述支柱的外部尺寸。13.根据第I方面或之后的任一方面的一种转子，其特征在于，至少一个支柱在其面向叶轮叶片压力侧的表面和/或在其面向吸力侧的表面附着在叶轮叶片本体的材料上。14.根据第I方面或之后的任一方面的一种转子，其特征在于，各相邻的两个支柱(30，31，32，33)在它们的径向外侧区域成对地相互连接。15.根据第I方面或之后的任一方面的一种转子，其特征在于，支柱(25，26，27，30，31，32，52，53，57，58，62，63，67，95)至少部分地包括一种超弹性材料，特别是超弹性聚合物，或是记忆合金，尤其是镍钛合金。
16.根据第I方面或之后的任一方面的一种转子，其特征在于，支柱(30，31，32，33)至少部分地相对转动轴的轴向以至少90°的角度伸出。17.根据第I方面或之后的任一方面的一种转子，其特征在于，叶轮叶片(74)在其压力侧具有至少一个带状或薄膜状的，与支柱和/或所述叶轮叶片本体上的至少一个径向外固定点(83，85)及至少一个径向内固定点(83，85)连接的具有抗拉强度的元件(77，78，79,80,86,87)。18.根据第I方面或之后的任一方面的一种转子，其特征在于，转子在叶轮叶片的压力侧具有至少一个带状或薄膜状的具有抗拉强度的元件(79，80)，一方面，固定在一个支柱和/或所述叶轮叶片本体(74)上的距离转动轴一个径向间隔的位置以及，另一方面，固定在一个轮毂(81)上。19.根据第17或18方面，其特征在于，该具有抗拉强度的元件(77，78，79，80，86，
87)包含玻璃纤维或聚碳酸酯纤维。20.根据第17，18或19方面，其特征在于该具有抗拉强度的元件(86，87)至少部分地附着在一个支柱的表面上或所述叶轮叶片本体(74)的表面上。21.根据第20方面的一个转子，其特征在于该具有抗拉强度的元件被粘上，喷涂上或印刷上。22.根据第17至21方面中的任一方面的一种转子，其特征在于该具有抗拉强度的元件(86，87)在转子的第一状态下以蜿蜒方式延伸。23.根据第I方面或之后的任一方面，除了第4方面，的一种转子，其特征在于，叶轮叶片(36b，36c，36d，37b，37c，37d)可枢转地支撑在空心圆柱轮毂(35b，35c，35d)外套侧的一个凹部内。24.根据第23方面的一种转子，其特征在于，所述叶轮叶片的一个内端穿过凹部伸入轮毂(35c)的圆柱形空腔(44)内。25.根据第24方面的一种转子，其特征在于，所述内端在第三状态与轮毂空腔内的一个凸台(42，43，55，56)相配合。26.根据第23，24或25方面的一种转子，其特征在于，所述叶轮叶片的至少一个支柱伸入轮毂圆柱形空腔内。27.根据第26方面的一种转子，其特征在于，所述支柱(52)的端部提供一个伸入轮毂空腔内，与凸台(56)在第三状态相配合的凸台体(52a)。28.根据第I方面或之后的任一方面的一种转子，其特征在于，一个叶轮叶片的至少一个支柱设计为，以弯曲方式延伸作为竖起形态。29.根据第I到27方面的任一方面，除第4方面，的一种转子，其特征在于，每个支柱(52)伸入轮毂的中部空腔，并在那里与一个被设计成垂直于转动轴设置的钣金零件的，特别是与各自的支柱连接成一体的凸台(52a)连接。30.根据前述任一方面的一个转子，特别是第3方面，其特征在于，至少一个叶轮叶片具有一个流压力侧和流吸力侧，并且至少一个加劲支柱在达到第三状态，即扩大的状态时具有一个力学凸台。31.根据第30方面的一个转子，其特征在于，所述加劲支柱在流吸力侧被削弱。32.根据第31方面的一个转子，其特征在于，所述削弱被设计为垂直于加劲支柱轴向方向的狭缝。33.根据上述任一方面的一种转子，其特征在于，所述加劲支柱在径向靠近轮毂的区域具有硬化的曲率。34.根据第31至33方面中任一方面的一种转子，其特征在于，所述加劲支柱嵌入在叶轮叶片本体中，削弱和/或硬化的曲率在叶轮叶片本体外部是不可见的。35.根据上述任一方面的一种转子，其特征在于，加劲支柱固定在转子前边缘区域，转子后边缘区域和/或转子的另一点。36.根据上述任一方面的一种转子，其特征在于，所述加劲支柱包括一个优选的环形轮毂部分及一个径向外伸部分(在叶轮叶片本体上起到加强作用的事实上的加劲支柱)。
37.根据上述任一方面的一种转子，其特征在于，所述加劲支柱由金属和/或塑料组成。
权利要求
1.一种用于泵的径向可压缩可扩展的转子(13，13a，13b)，具有至少一个叶轮叶片 (19，20，22，36，36a,36b,36c,36d,36e,36f,36g,37，37a,37b,37c,37d,37e,37f,74，88，89， 90)，其中，所述叶轮叶片具有一个材料可弹性变形的叶轮叶片本体，以及至少一个至少部分地嵌入叶轮叶片本体材料的加劲支柱(25，26，27，30，31，32，52，53，57，58，62，63，67， 95)，并且其中所述叶轮叶片在压力侧和吸力侧间的厚度，达到至少为80%，特别是100% 的所述支柱在相同方向的厚度，有利地超过所述支柱在相同方向的厚度，特别是超过支柱的各自最大厚度。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，在设置所述支柱的区域，叶轮叶片的厚度基本上或完全恒定，设置所述支柱的区域包括支柱间横贯支柱轴向方向的区域，特别是从基本垂直于一个或多个支柱的轴向方向观察。
3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子采用没有外力作用的第一状态， 从所述第一状态，所述转子可以通过径向压缩进入第二状态，且从所述第一状态，所述至少一个叶轮叶片在操作中尤其可以通过在旋转中产生的流体反向压力和/或离心力被竖立起来变为第三扩展状态。
4.根据权利要求1至3任一所述的转子，其特征在于，所述转子是无轮毂的，并且所述支柱沿径向方向相对于转动轴从一个第一轴向间距延伸至一个第二轴向间距；或者，所述至少一个叶轮叶片连接到一个轮毂(24，35，35a，35b，35c，35d，35e，35f，35g，81，91)并可相对于所述轮毂枢转。
5.根据权利要求4所述的转子，其特征在于，所述至少一个支柱(52，53)延伸到并进入所述轮毂(35d);和/或至少一个支柱(57)从轮毂(35e)径向外侧的第一轴向间距(57) 径向延伸至第二轴向间距(60)。
6.根据权利要求1或之后的任一权利要求所述的转子，其特征在于，多个支柱(25，25， 27，30，31，32，33)彼此相互连接。
7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，所述支柱(25，26，27，30，31，32，33)，在靠近转动轴，支柱径向长度一半的范围内，特别是在支柱靠近转动轴的端部，彼此相互连接。
8.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，所述支柱(25，26，27，30，31，32，33)只在靠近转动轴，支柱径向长度一半的范围内彼此相互连接。
9.根据权利要求1或之后的任一权利要求所述的转子，其特征在于，所述支柱(25，26， 27，30，31，32，52，53，57，58，62，63，67，95)嵌入叶轮叶片本体材料模塑成型；和/或所述支柱(62，63)设置于所述叶轮叶片本体上的凹槽￠4,65)内，该凹槽在各自支柱的纵向和/或横向方向大于所述支柱的外部尺寸；和/或至少一个支柱在其面向所述叶轮叶片的压力侧的表面和/或在其面向吸力侧的表面附着在所述叶轮叶片本体的材料上；和/或各两个支柱(30，31，32，33)在径向外侧区域成对地相互连接；和/或所述支柱(25，26，27，30，31，32，52，53，57，58，62，63，67，95)至少部分地包括一种超弹性材料，特别是超弹性聚合物，或是记忆合金，尤其是镍钛合金；和/或所述支柱(30，31，32，33)至少部分地相对转动轴(29)的轴向以至少90°的角度伸出； 和/或所述叶轮叶片(74)在压力侧具有至少一个带状或薄膜状的具有抗拉强度的元件(77，，78，79，80，86，87)，所述元件与支柱和/或与所述叶轮叶片本体上的至少一个径向外固定点(83，85)及至少一个径向内固定点(83，85)连接；和/或所述转子在所述叶轮叶片的压力侧具有至少一个带状或薄膜状的具有抗拉强度的元件(79，80)，一方面，所述元件固定在支柱和/或所述叶轮叶片本体(74)上的距离转动轴一径向间隔的位置以及，另一方面，固定在轮毂(81)上。
10.根据权利要求9所述的转子，其特征在于，所述具有抗拉强度的元件(77，78，79， 80，86，87)包含玻璃纤维或聚碳酸酯纤维。
11.根据权利要求9所述的转子，其特征在于，所述具有抗拉强度的元件(86，87)至少部分地附着在支柱的表面上或所述叶轮叶片本体(74)的表面上。
12.根据权利要求11所述的转子，其特征在于，所述具有抗拉强度的元件被粘上，喷涂上或印刷上。
13.根据权利要求9-12任一所述的转子，其特征在于，所述具有抗拉强度的元件(86， 87)在转子的第一状态下以蜿蜒方式延伸。
14.根据权利要求1或之后的任一权利要求，除权利要求4所述的转子，首选的，其特征在于，所述叶轮叶片(36b，36c，36d，37b，37c，37d)可枢转地支撑在空心圆柱轮毂(35b， 35c，35d)外套侧的凹部内。
15.根据权利要求14所述的转子，其特征在于，所述叶轮叶片的内端穿过所述凹部伸入所述轮毂(35c)的圆柱形空腔(44)内。
全文摘要
本发明涉及一种用于泵的径向可压缩可扩展的转子(13，13a，13b)，具有至少一个叶轮叶片(20，22，36，36a，36b，36c，36d，36e，36f，36g，37，37a，37b，37c，37d，37e，37f，74，88，89，90)，其中所述叶轮叶片具有一个材料可弹性变形的叶轮叶片本体以及至少一个至少部分地嵌入叶轮叶片本体材料的加劲支柱(25，26，27，30，31，32，52，53，57，58，62，63，67，95)。支柱被设计为适当的尺寸、形状和布置，并被集成于叶轮叶片本体适当的空腔内，用来稳定叶轮叶片。还可提供额外的具有抗拉强度的元件。
文档编号A61M1/10GK103002930SQ201180034885
公开日2013年3月27日 申请日期2011年7月1日 优先权日2010年7月15日
发明者托马斯·特尔纳, 马里奥·谢科尔 申请人:Ecp发展有限责任公司