DE3316101C1 - Redundante Kolbenpumpe zum Betrieb ein- oder mehrkammriger pneumatischer Blutpumpen - Google Patents

Redundante Kolbenpumpe zum Betrieb ein- oder mehrkammriger pneumatischer Blutpumpen

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DE3316101C1
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Horst-Peter Dr.-Ing. 5100 Aachen Heimes
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BIOMED TECH FORSCHUNGSGES
Forschungsgesellschaft Fuer Biomedizinische Technik 5100 Aachen
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Description

schließt sich, die Klappe 115 öffnet und es fließt neues Blut für den nächsten Pumpzyklus in die Blutkammer 113 ein.
Dieser Zyklus wiederholt sich im Rhythmus des Herzschlages.
Bei einem Totalherzersatz findet eine zweikammerige Blutpumpe Anwendung, die gemäß der F i g. 2 aus zwei Blutpumpenkammern, 112 und 119 besteht. Diese werden in der F i g. 2 über die Kompressionskammern 40 und 42 einer Kolbenpumpe gemäß der Erfindung betrieben. Bei der Anwendung als Linksherz-Unterstützung reduziert sich letztere Anordnung gemäß der Fig.6 auf eine Kompressionskammer, 43, und eine Blutpumpenkammer, 112.
Fig.7, 8, 9 zeigen einen Kolbenantrieb gemäß der Erfindung für den Totalherzersatz, bei dem beide Blutkammern 112,119 je nach Stellung des Ventiles 120 mit beiden vorderseitigen Kompressionsräumen 40,40 oder mit je einer Vorderseite (etwa 40) und einer Rückseite (etwa 42) verbunden sind.
F i g. 10 zeigt die mechanische Ausbildung einer Kolbenpumpe bzw. eines elektromechanischen Wandlers, die nach dem in der F i g. 2 veranschaulichten, erfinderischen Prinzip arbeiten. In der Beschreibung dieser sowie der F i g. 11 und 12 wird daher, soweit erforderlich, auf die Darstellung in der F i g. 2 zurückgegriffen.
In einem gemeinsamen Zylinder 3 befinden sich links und rechts zwei Kolben 1, 2 mit Dichtungsringen 4, 5. Die Kolben sind schwingungsgedämpft über Dämpfer 6, 7 mit je einer Kugelrollspindel 8,9 starr verbunden. Die Kugelrollspindeln laufen in je einer Kugelrollmutter 10, 11 hin und her. Die Hin- und Herbewegung entsteht aufgrund des Drehrichtungswechsels der beiden Motor-Rotoren 12,13, in die die Kugelrollmuttern über Dämpfer 14, 15 kraftschlüssig eingebaut sind. Die Rotoren sind mit je zwei Kugellagern 16,17,18,19 im Stator 20, 21 gelagert und tragen an den den Kolben abgewandten Seiten je eine optische Codierscheibe 22, 23. Im Stator befinden sich die Dreiphasen-Wicklungen 24,25.
Die optische Codierscheibe wird über je eine Licht-Schrankenanordnung 26,27 abgetastet. Die oberen und unteren Totpunkte der Kolben 1, 2 tasten je zwei OT-Lichtschranken 28, 29 und je zwei UT-Lichtschranken 30,31 ab.
Die Codierscheiben 22 und 23 können beispielsweise rotierende Blenden sein, die Licht von einem Lichtsender in Lichtimpulse zerhacken, die durch die Lichtschrankenanordnungen 26 und 27 mit ihren Lichtsensoren detektiert und in elektrische Impulse umgewandelt werden. Diese Impulse können nicht nur als Positionssignale für die Ansteuerung der Statorwicklungen der Antriebsmotoren 24,25 für die Kolben 1 und 2, sondern auch zur Steuerung der Kolbenwege bzw. der berührungslosen Messung des Ist-Kolbenhubes verwendet werden, bspw. durch Abzählen der Impulse nach definierter Nullsetzung oder bei Verwendung absolut codierter Blendenmarkierungen, durch Decodierung des momentan abgetasteten Musters.
Anstelle rotierender Blenden und Lichtempfänger können als Codierscheiben auch Scheiben mit magneti- eo sehen Markierungen in Verbindung mit magnetischen Sensoren, wie Magnetspulen oder Hallsensoren Anwendung finden. Hier kann gegebenenfalls auf eine Codierscheibe verzichtet und die magnetischen Markierungen der Stator-Permanentmagnete direkt abgetastet werden.
Die Antriebseinheiten sind schallgedämpft über Dämpfer 32, 33 und 34, 35 im gemeinsamen Zylinder aufgehängt. Zwei Deckel 36,37 sind über Dichtringe 38, 39 mit dem Zylinder verschraubt.
Durch die Kopplung beider Kolbenrückseiten über einen Gaskanal 41 entsteht der Gasraum 40 für die rechte Pumpkammer 119. Beide Kolbenvorderseiten bilden zusammen mit dem mittleren Zylinderabschnitt den linken Gasraum 42. Linker und rechter Gasraum sind über Schlauchnippel 43 bzw. 44 mit der linken und rechten Kammer der Blutpumpe verbunden.
Je zwei Überdruck-Abblasventile 45, 46 und je zwei Belüftungsventile 47, 48 verbinden im aktiven Modus linken und rechten Gasraum mit der Atmosphäre.
Bei der Kolbenpumpe nach Fig.2 bewegen sich die Kolben 1, 2 im Normalbetrieb synchron, und zwar bei der Kompression im mittleren (linke Blutpumpe) Gasraum nach OT und bei der Kompression des rechten Gasraumes (Kolbenrückseiten) nach UT hin. Die hier verwendete Gasführung 43,44 bewirkt, daß beide Blutpumpen 112,119 180 Grad phasenverschoben arbeiten. Wird im Falle des Ausfalles eines der beiden Kolbenbetriebe oder in einer »einkolbigen« Betriebsart der defekte bzw. in Ruhe befindliche Kolbentrieb über eine elektromechanische Bremse 49,50 und zusätzlich durch elektrisches Bremsen der Statorwicklungen blockiert. Gleichzeitig wird der Gaskanal der betreffenden Kolbenrückseite über eine elektromagnetisches Ventil 51, 52 geschlossen, wie in F i g. 3, 4 und 5 dargestellt ist. Auch in dieser Betriebsart arbeiten beide Blutpumpen 112,119 180 Grad phasenverschoben.
Bei der Kolbenpumpe nach F i g. 7, 8 und 9 bewegen sich beide Kolben ebenfalls synchron, die unterschiedliche Gasführung bewirkt hier entgegen dem Arbeitsprinzip nach F i g. 2, daß beide Blutpumpen in der Ventilstellung nach F i g. 7 phasengleich arbeiten.
Bei »einkolbiger« Betriebsart (Schaltstellungen des Ventiles 120 in Fi g. 8, 9) arbeiten dagegen beide Blutpumpen 112,119 180 Grad phasenverschoben.
An jeden Gasraum ist je ein elektrischer Drucksensor 53,54 angekoppelt, der während des Betriebs die elektrische Messung der Gasdrucke ermöglicht.
In F i g. 11 ist ein Ausführungsbeispiel der Steuerung der Kompressionsvorrichtung gemäß der F i g. 5 dargestellt. Die Steuerung der Kolbenbewegung erfolgt durch die elektronische Ansteuerung der Motor-Statorwicklungen 24, 25, so daß ein magnetisches Drehfeld bestimmter Drehrichtung entsteht. Dazu vergleicht der jeweilige Kommutator 55, 56 die momentane Winkelstellung des jeweiligen Rotors und schaltet die dieser Position entsprechenden Statorwicklungen an die Spannungsquelle 57. Dabei wird nur soviel Energie an die Statorwicklungen geliefert, wie aus dem Vergleich aus Sollgeschwindigkeit 58, 59 und Istgeschwindigkeit — die der Kommutator der Codierscheibengeschwindigkeit entnimmt — zur Kompensation einer Drehzahlabweichung erforderlich ist. Die Reihenfolge, in der die Statorwicklungen nacheinander eingeschaltet werden und, damit die Drehrichtung des Drehfeldes der Motoren, wird von einem weiteren Eingang der Kommutierungsschaltung 60, 61 vorgegeben. Da beide Kolben bzw. der gesamte Kompressionsmechanismus bestehend aus Motoren, Spindeln und Kolben im Normalfall synchron arbeiten müssen, überwacht die Synchronisierungsschaltung 62 die Bewegung und die Position beider Kolben.
Diese Einrichtung gibt die Befehle für Drehrichtung und Drehzahl erst nach einer Kontrolle der oberen Totpunktsensoren 28, 29 und der unteren Totpunktsensoren 30,31 weiter. Stellt diese elektronische Einrichtung
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eine signifikante Abweichung beider Hübe — erkannt die Körperschlagader ausgetrieben. Es ergibt sich in über die Codierscheiben 22, 23 bzw. die Totpunkte — etwa eine Druck/Zeitfunktion, wie in F i g. 7 dargestellt fest, so wird eine Synchronisation durchgeführt, indem ist. Zur gleichen Zeit bewegt sich die Membrane der der »schnellere« Antrieb im unteren Totpunkt festge- rechten Blutpumpe entgegengesetzt. Es fließt hier das halten wird. 1st der Versuch einer Synchronisation der 5 Blut aus dem venösen Kreislauf durch die Einlaßklappe Kolben nicht zu erreichen, so wird die Kommutierung ein und füllt die Kammer mit Blut. Die beiden Luftdes von der Sollgeschwindigkeit abweichenden Antrie- Kammerdrucke 53, 54 werden verstärkt 75, 76 und in bes gestoppt, die Motorwicklungen kurzgeschlossen Vergleicherstufen 77, 78 mit fest vorgegebenen Druck- und außerdem die zugehörige Verriegelung 49 oder 50 werten verglichen. Bei Überschreitung dieser Grenzaktiviert. Da jetzt ein Notfall vorliegt, wird ein Alarm 63 10 werte werden die Abblasventile 46,47, die sowohl pasausgelöst. Da zudem mit einem verringerten Kolben- siv als auch aktiv magnetisch geöffnet werden können, hubvolumen zu rechnen ist, wird das passive Totvolu- angesteuert und dekomprimieren die jeweilige Kämmen der stillgelegten Kolbenrückseite durch schließen mer. Während der Ansaugphase öffnen die Einlaßventides zugehörigen Ventiles 51 oder 52 kurzgeschlossen. Ie 47, 48 und erlauben damit die passive Füllung der
Die Regelung der elektropneumatischen Pumpe dient 15 Blutpumpenkammern. Hier ist die passive und aktive dem Zweck, diese Pumpe dem wechselnden Kreislauf- Funktion der Abblasventile von besonderer Bedeutung bedarf des Patienten automatisch anzupassen und für für die Balance beider Pumpvolumina: Füllt sich wähdie sogenannte Rechts/Links-Balance des Kreislaufs zu rend eines Ansaugzyklus eine Pumpkammer nicht vollsorgen. Mit letzterem ist die im Mittel absolut gleiche ständig mit Blut, so steigt das Gesamtluftvolumen des Förderleistung des rechten und des linken Ventrikels 20 gesamten Kompressionsraumes bestehend aus Zylinder (künstliche Herzkammern) gemeint. 40, 42, Schläuchen 43, 44 und Luftseite der Blutpumpe.
Für eine Regelung sind folgende Grundelemente er- Bei der folgenden Kompressionsphase würde die Blutforderlich: pumpenmembrane (111) bereits vor Erreichen des oberen Totpunktes der Kolben 1,2 anschlagen und von hier
1. Sollwertgeber 25 an bis zum Erreichen der OT-Position der Druck weiter
2. Istwertgeber (ζ. B. Meßfühler) ansteigen. Da die Ventile 45,46 aber bei Erreichen eines
3. Stellglieder (der elektropneumatische Wandler und eingestellten Druck-Spitzenwertes öffnen, wird dieser zusätzliche Stellglieder) Druckanstieg vermieden und gleichzeitig das über-
4. Der Regler (in diesem Ausführungsbeispiel ein Mi- schüssige Luftvolumen aus den Kompressionsräumen krocomputer) 30 abgeblasen. Diese Tatsache ist Voraussetzung für die
Garantie der sogenannten »STARLING-EIGEN-
Der hier verwirklichte Regler (Fig. 12) verwendet SCHAFT« der künstlichen Herzkammern. Diese Eigenausschließlich antriebsseitig, d. h. NICHT im Kreislauf schaft besteht darin, daß das momentan mögliche Blut-(blutige Messung) oder in der Peripherie (wie etwa Er- volumen eine Funktion des Fülldruckes ist. Aus kreisfassung bioelektrischer Signale) gemessene Ist-Größen. 35 laufphysiologischen Gründen garantiert diese fülldruck-Dies sind rechter und linker Gasraumdruck, gemessen abhängige Förderleistung die sogen. »RECHTS/ mit den Druckaufnehmern 53,54, Kolbenpositionen (ge- LINKS-BALANCE« in weiten — von den Kenndaten messen mit der Codierscheibe und den Sensoren 22,23, der Blutpumpenkammer abhängigen — Grenzen.
26, 27 dem von der Absoluthubelektronik 69 daraus Für die Anpassung der Förderleistung des Gesamtsyerrechneten Hubweg 70, Temperaturen (gemessen mit 40 stemes an den Kreislaufbedarf ist der momentane den Sensoren 64, 65), Atmosphärendruck (Drucksensor Kreislaufbedarf zu ermitteln. Dies geschieht durch fol-66). Weitere Eingangsgrößen sind die Druckanstiegsge- gende Einzelelemente der Regeleinrichtung:
schwindigkeit, abgeleitet über einen Differenzierer 67, Die Wellenform-Analyse-Einrichtung 79, den Druck-68, aus den Gasraumdrucken über die Druckaufnehmer vergleicher 80, den Frequenzkontroller 74, die Differen-53,54. 45 zierer 67,68, die Schlagvolumenrechner 82,83 -und Ver-Der Regler arbeitet ausgehend von einer festen Start- gleicher 84,85 sowie den Drehzahl-Sollwert-Generator Herzrate Fstart 71, die im Normalfall zwischen den von 86.
der Frequenzüberwachung 74 benutzten unteren (Fmin, Das Prinzip der Anpassungsregelung beruht darauf, 73) und oberen (Fmax, 72) Grenzen frei vorgegeben den Kreislaufbedarf indirekt über den mittleren Blutwerden kann. Es handelt sich um die Bedingung beim 50 druck arterieller -Aorten-Druck) zu erkennen und im ersten Einschalten der Anlage, bei der die Kolben sich Sinne einer Konstantdruckregelung über die Förderleimit einer festen Frequenz ( = Herzfrequenz) hin- und stung der künstlichen Herzkammern auszuregeln.
herbewegen. Diese Frequenz beträgt z. B. 80 Schläge Die Ermittlung des mittleren Aortendruckes 87 erpro Minute, kann aber auch davon abweichend einge- folgt in der Wellenform-Analyse-Schaltung 79, die die stellt werden. Die Werte für Fmin und Fmax können 55 Druck-Zeitverläufe während eines ganzen Zyklus zu bspw.40 bzw. 180 Schläge pro Minute betragen. fest von den Codierscheiben 22, 23 vorgegebenen KoI-Die Kolben verschieben die in den Zylinderräumen benpositionen, der aus einer vollständigen Hin- und befindliche Antriebsluft durch die Schlauchleitungen Herbewegung der Kolben besteht, erfaßt. Nach Beendi-(Fig.2) in die Blutpumpen. Da beide Kolben doppelt- gung eines solchen Zyklus führt sie eine Analyse der wirkend mit Vorder- und Rückseite arbeiten, pumpen 60 Wellenformen von linkem Kammerdruck 88, linker die angeschlossenen Herzkammern alternierend, d.h. Druckanstiegsgeschwindigkeit 89 zu örtlich (Kolbenpolinke Kompressionsphase (Kammer 50 treibt Blut aus) sition) festliegenden und zeitlich bekannten Positionen ist rechte Ansaugphase (Kammer 51 saugt an). Es wird durch. Diese Wellenformanalyse ergibt den Blutkamzunächst angenommen, daß die Membrane der linken merdruck, bei dem die Auslaßklappe gerade öffnet. Die-Blutpumpe in der unteren Endlage war. Bei Erreichen 65 ser Druck entspricht aber auch in etwa dem unteren eines bestimmten Druckes, der gleich dem Gegendruck arteriellen Blutdruck jenseits der Auslaßklappe. Da die jenseits der Auslaßklappe ist, öffnet die Auslaßklappe Messung luftseitig erfolgt (Druckfühler 54,53), muß der und das in der linken Blutpumpe befindliche Blut wird in so ermittelte Wert korrigiert werden. Die Korrektur
9 10
erfolgt über Temperatur 64, Atmosphärendruck 66 und mit die Füllzeiten für beide Pumpkammern zu verlänfest gespeicherte Korrekturfaktoren 90, die charakteri- gern.
stische Kenndaten der verwendeten Schläuche 43, 44 Wird wiederum nach einer bestimmten Zeit 103 keine
und der angeschlossenen Blutpumpenkammern 111,119 Verbesserung festgestellt, so wird der Alarm 63 ausgedarstellen. Über die vom Antrieb selbst vorgegebene 5 löst.
und daher bekannte Schlagfrequenz wird der mittlere Die Steuereinrichtung 62 erhält außer den Informa-
Aortendruck errechnet 87 und im Druckvergleicher 80 tionen Richtung 109 und Kolbengeschwindigkeit bzw. mit dem Blutdrucksollwert 81 verglichen. Drehzahl 110 noch die Information über den zu fahren-
Liegt der Istwert unterhalb des Sollwertes (dies be- den Kolbenhub 108. Dazu werden zunächst die Hübe deutet eine zu geringe Förderleistung bzw. angestiege- io beider Kolbenanordnungen über den H üb vergleicher nen Kreislaufbedarf), so setzt der Regler die Herzfre- 69 und die beiden Codierer 26,27 gemessen und miteinquenz durch Erhöhen des Drehzahlsollwertes 88 für die ander verglichen. Weichen beide Istwerte voneinander Antriebssteuerung 62 herauf 90. Im umgekehrten Falle ab, so wird der Alarm 63 ausgelöst, erfolgt eine Absenkung der Herzfrequenz auf gleichem Der Hub der Kolben 1,2 wird in der Hauptsache von
Wege 91. Sind Soll- und Istwert gleich, so behält der 15 den gemessenen Luftdrucken abhängig eingestellt. Die Regler die momentane Herzfrequenz bei. Die veränder- Fensterdiskriminatoren 77, 78 vergleichen die Druckten Frequenzen bzw. Drehzahlen müssen aber vor Er- werte während des ganzen Bewegungszyklus. Erreichen reichen der Antriebssteuerung noch die Frequenzüber- beide Drucke fest vorgegebene oder gleitend verstellte wachung 74 passieren. Diese dient der Überwachung Sollwerte, so gibt der Hubrechner 104 eine unveränderder unteren 73 und oberen 72 Frequenzgrenze und der 20 te Hubvorgabe an die Steuereinrichtung weiter. Bei Begrenzung der Herzfrequenz in dem Fall, daß das Überschreitung der Maximaldrucke wird der Hub so-Schlagvolumen der Blutpumpe nicht ausreicht 92. Die lange verringert, wie die Membranen 111 der Blutpum-Auslassung einer solchen Schranke könnte zu einem pen 112,119 gerade noch den oberen Endausschlag er- »circulus vitiosus« führen, da bei ständig zunehmender reichen. Gleichzeitig steuern die Fensterdiskriminato-Herzfrequenz und unzureichendem Schlagvolumen 25 ren 77,78 die Abblasventile 45 oder 46 auf, um schädli-(schlechte Füllung der Blutpumpe während der Ansaug- ehe Druckspitzen zu vermeiden, phase) der Gesamtvolumenstrom ( = Schlagvolu- Erreichen die Pumpmembranen nicht die volle Aus-
men · Schlagfrequenz) immer geringer werden und kei- lenkung, so wird der Hub 108 bis zum Erreichen der ne Angleichung von Blutdruck-Ist und Sollwert erreicht optimalen Position vergrößert.
werden könnte. 30 Die Richtungsvorgabe 109 gibt die Richtungsumkehr-
Die Steuerung dieser Schranke setzt aber die Kennt- schaltung 105, die Signale der UT/OT-Sensoren 28, 30 nis des Blutschlagvolumens voraus. und 31,29 auswertet und mit dem Ist-Hub zur momen-
Das Blutschlagvolumen wird ebenfalls unblutig und tan richtigen Drehrichtung entschlüsselt.
ohne im Körper angebrachte Meßfühler bzw. Meßlei-
tungen indirekt aus den Antriebsdruckverhältnissen be- 35 Hierzu 13 Blatt Zeichnungen
rechnet 82,83. Zur Erläuterung der Funktionsweise die-
ser Berechnungsmethode dient die Fig. 12. Ausgangsgrößen für die Berechnung des Blut-Schlagvolumens
sind die in der Skizze dargestellten Antriebsgas-Druckfunktion 53,54 und der zeitliche Verlauf des Kolbenhu- 40
bes 70. Das Antriebsgasdrucksignal gelangt in einen Differenzierer 67,68, an dessen Ausgang der differenzierte
zeitliche Druckverlauf 93, 94 zur Verfügung steht. Die
Schlagvolumenrechner 82, 83 detektieren zwei kennzeichnende Punkte dieser Kurve 97, 98. Der absolute 45
Abstand dieser beiden Punkte entspricht einem Ausschnitt des Kolben-Gesamtweges 99. Dieser Kolbenweg wird errechnet und mit der wirksamen Kolbenfläche 100, die bekannt ist, multipliziert. Da das hiermit
ermittelte Hubvolumen 101, 102 zur Verschiebung des 50
hinter der Membrane 111 befindlichen Blutes bei offener Auslaßklappe ausgenutzt wurde, ist es gleich dem
Blut-Schlagvoiumen, wenn es noch über die Temperatur
64, 65 und über den Atmosphärendruck 66 korrigiert
wird. Da luftseitig (kompressibles Medium) gemessen 55
wurde und der Druck während der Austreibephase
nicht konstant ist, wird das so ermittelte aktive Hubvolumen noch mit Hilfe der zeitlichen Druckverläufe 53,
54 über die Gasgleichung korrigiert. Die Schlagvolumenvergleicher-Schaltungen 84, 85 sperren die Fre- 60
quenzerhöhung über die Leitung 92, wenn ein Vergleich
des ermittelten Schlagvolumens mit den Kenn-Volumina der verwendeten Blutpumpenkammern ergibt, daß
die Füllung während der Ansaugphase unzureichend
war. 65
Stellt die Frequenzüberwachung 74 über einen längeren Zeitraum 103 einen solchen Zustand fest, so beginnt
sie selbsttätig, die Antriebsfrequenz abzusenken und da-

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Kolbenpumpe zum Betrieb einer ein- oder mehrkammrigen pneumatischen Blutpumpe, gekennzeichnet durch zwei in einem gemeinsamen, beidendig abgeschlossenen Zylinder (3) angeordnete, unabhängig voneinander und gegenläufig zueinander antreibbare Kolben (1,2), deren Vorderseiten einen Gasraum (42) mit vom Kolbenhub abhängigem Volumen einschließen, der über eine Verbindungsleitung (43) mit einer ersten Kammer (112) der Blutpumpe verbindbar ist, und deren über einen Verbindungskanal (41) miteinander verbundene Rückseiten einen Gasraum (40) mit vom Kolbenhub abhängigen Volumen einschließen, der über eine andere Verbindungsleitung (44) mit einer zweiten Kammer (119) der Blutpumpe verbindbar ist.
    2. Kolbenpumpe zum Betrieb einer ein- oder mehrkammrigen pneumatischen Blutpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Verbindungsleitungen (43, 44), die zwei Kammern einer Blutpumpe (112, 119) mit den von den Rückseiten beider Kolben (1,2) gebildeten variablen Kompressionsräumen verbinden und durch ein Vierwegeventil (120), das den gemeinsamen, vorderseitigen Kompressionsraum (42) über eine Leitung (121) mit der Atmosphäre verbindet.
    3. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Schraubengetriebe als Antriebselemente der Kolben, durch die die Drehbewegung der Antriebsmotoren in axiale Kolbenbewegungen umgesetzt werden.
    4. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 3, gekennzeichnet durch Kugelrollspindeln (8 bzw. 9), die mit ihrem jeweils zugehörigen Kolben (1 bzw. 2) über Schwingungsdämpfer (6 bzw. 7) drehfest und kraftschlüssig verbunden sind und jeweils in einer von einem Elektromotor (12/20 bzw. 13/21) mit wechselnder Drehrichtung angetriebener Kugelrollmutter (10 bzw. 11) axial bewegbar sind.
    5. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Kugelrollmuttern, die mit ihrem jeweils zugehörigen Kolben über Schwingungsdämpfer drehfest und kraftschlüssig verbunden sind und jeweils durch eine von einem Elektromotor angetriebene Kugelrollspindel axial bewegbar sind.
    6. Kolbenpumpe nach Patentansprüchen 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Rollenspindel als Antriebselement zwischen Motor und Kolben.
    7. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Zahnstangengetriebe, das die Drehbewegung der Antriebsmotoren in eine axiale Kolbenbewegung umwandelt.
    8. Kolbenpumpe nach einem der Patentansprüehe 3 bis 7, gekennzeichnet durch elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren (12/20,13/21) für den Antrieb der Kolben (1/2).
    9. Kolbenpumpe nach einem der Patentansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch bürstenkommu- t>o tierte Gleichstrommotoren für den Antrieb der Kolben.
    10. Kolbenpumpe nach einem der Patentansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch Schrittmotoren für den Antrieb der Kolben. b5
    11. Kolbenpumpe nach einem der Patentansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch Asynchron- oder Synchron-Motoren für den Antrieb der Kolben.
    12. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Direktantrieb der Kolben über Linearmotoren.
    13. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kolben (1, 2) bzw. deren Antriebe für sich mechanisch, elektrisch oder elektromechanisch, vorzugsweise mittels einer elektromagnetischen Bremse (49, 50) verriegelbar ist und daß die Kolbenpumpe insgesamt so ausgelegt ist, daß die Blutpumpe mit jeweils einem der beiden Kolben allein hinreichend angetrieben werden kann.
    14. Kolbenpumpe nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Blockierung des jeweiligen Kolbenantriebes mit Hilfe eines Bremsstromes durch die Statorwicklungen (24 bzw. 25) des betreffenden Antriebsmotors (12/20 bzw. 13/21).
    15. Kolbenpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regel einer der beiden Kolben (z. B. 1) die Blutpumpe allein betreibt und bei dessen Ausfall der andere Kolben (i. B. 2) den Antrieb übernimmt.
    16. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 1 und einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch Abschlußventile (51 bzw. 52) zur Absperrung des auf den verriegelten bzw. blockierten bzw. ausfallenden Kolben (1 bzw. 2) entfallenden Teil des durch die Rückseiten der beiden Kolben (1, 2) eingeschlossenen Gasraumes (40).
    17. Kolbenpumpe nach dem Patentanspruch 2 und einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch ein Vierwegeventil (120) zur Umleitung des Arbeitsdruckes auf Vorderseite (40) und Rückseite (42) des intakten, arbeitenden Kolbens und zum gleichzeitigen Verschluß des Arbeitsraumes des inaktiven oder blockierten oder ausfallenden Kolbens (lbzw.2).
    18. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben (1, 2) und Zylinder (3) aus einer Hard-Coat-Aluminium-Legierung mit PTFE-Einlagerung gefertigt sind.
    19. Kolbenpumpe nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenantriebe unter Zwischenschaltung geräuschdämpfender Elemente (14,15,32 bis 35) in den Zylinder (3) eingebaut sind.
    20. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rotor (12 bzw. 13) jedes der Antriebsmotoren eine mit einer gehäusefesten Abtastoptik (26 bzw. 27) zusammenwirkende Codierscheibe (22 bzw. 23) zur vorzugsweise optoelektronischen Bestimmung der Position, der Bewegungsrichtung, der Bewegungsgeschwindigkeit und des Hubes des betreffenden Kolbens (1 bzw. 2) angebracht ist.
    21. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an die Schubstange jedes der Linearmotoren eine mit einer gehäusefesten Abtastoptik (26 bzw. 27) zusammenwirkender linearer Codierstab (22 bzw. 23) zur vorzugsweise optoelektronischen Bestimmung der Position, der Bewegungsrichtung, der Bewegungsgeschwindigkeit und des Hubes des betreffenden Kolbens (1 bzw. 2) angebracht ist.
    22. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch berührungslose Sensoren (28, 30 bzw. 29, 31), vorzugsweise Lichtschranken, zur Überwachung der Totpunktlagen (UT, OT) des be-
    3 4
    treffenden Kolbens (1 bzw. 2). Damit, daß die Kolbenpumpe insgesamt so ausgelegt
    23. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 1 oder 2, ist, daß die Blutpumpe mit jeweils einem der beiden dadurch gekennzeichnet, daß an die Gasräume (40 Kolben allein betrieben werden kann, ergibt sich eine bzw. 42) jeweils ein Überdruck-Abblaseventil (45 die Betriebssicherheit steigernde redundante Imple- bzw. 46), ein Unterdruck-Belüftungsventil (47 bzw. 5 mentierung.
    48) sowie ein Druckaufnehmer (53 bzw. 54) ange- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, insbe-
    schlossen sind. sondere auch solche, die eine nicht-invasive Ermittlung
    24. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 23, ge- von für den physiologisch angepaßten Betrieb der Blutkennzeichnet durch auf Ansprechdruck und Strö- pumpe notwendigen haemodynamischen Daten zum mungswiderstand einstellbare, passive Belüftungs- io Ziel haben, gehen aus den Unteransprüchen bzw., soventile und einstellbare, passive Überdruckventile. weit sie dort nicht erfaßt sind, aus der nachfolgenden
    25. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 23, da- Beschreibung hervor.
    durch gekennzeichnet, daß die Abblaseventile und/ Die Erfindung wird im folgenden in Form eines Ausoder die Belüftungsventile durch die Näherung der führungsbeispiels anhand der schematischen, nicht maß-Kolben — wie etwa magnetisch — aktivierbar sind. 15 stäblichen Fig. 1 bis 13 erläutert; von diesen veran-
    26. Kolbenpumpe nach Patentanspruch 25, da- schaulicht die
    durch gekennzeichnet, daß das oder die betreffen- F i g. 1 das Arbeitsprinzip des bekannten Verdrängerden Ventile durch den herannahenden Kolben un- kolben-Antriebs, die mittelbar mechanisch betätigbar ist. F i g. 2 das Antriebsprinzip der redundant implemen-
    27. Kolbenpumpe nach den Patentansprüchen 20, 20 tierten Kolbenpumpe gemäß der Erfindung, eingesetzt 23 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß das betref- zum Betrieb einer zweikammrigen Blutpumpe, die fende Ventil durch eine elektronische Steuerschal- F i g. 3,4, 5 die schematische Darstellung der drei untung aufgrund von dieser verarbeiteter, mit Hilfe der terschiedlichen Schaltstellungen der Sicherheitsventile Codierscheiben (22 bzw. 23) und eines Druckaufneh- 51, 52 der Kolbenpumpe nach dem Arbeitsprinzip in mers (54 bzw. 53) gebildeter Informationsdaten von 25 Fig.2,die
    Position des betreffenden Kolbens (1 bzw. 2) und F i g. 6 eine Modifikation für den Betrieb einer ein-
    dem Druck in den Gasräumen (40 bzw. 42), aktivier- kammrigen Blutpumpe, die
    bar ist. F i g. 7, 8, 9 das Antriebsprinzip einer modifizierten,
    28. Kolbenpumpe nach den Patentansprüchen 20 redundant implementierten Kolbenpumpe gemäß der und 23, gekennzeichnet durch eine elektronische Re- 30 Erfindung mit einem Steuerventil 120 in drei untergeleinrichtung, durch die die Kolbenpumpe den je- schiedlichen Schaltstellungen.
    weiligen, durch die Blutpumpe zu genügenden phy- Die Fig. 10 bis 12 zeigen in dieser Reihenfolge die
    siologischen Anforderungen, wie wechselnden mechanische Ausbildung und die Blockschaltungen der
    Kreislaufbedarfs und Rechts/Links-Balance des Steuer- und Regeleinrichtungen einer Kolbenpumpe
    Kreislaufsystems, entsprechend ausschließlich auf- 35 nach dem Erfindungsprinzip gemäß F i g. 2.
    grund mittels der Codierscheiben (22, 23) und ihrer In der F i g. 13 sind zeitliche Verläufe von dem Betrieb
    Abtastoptik (26,27) sowie der Druckaufnehmer (53, der Kolbenpumpe gemäß der Erfindung bestimmenden
    54) ermittelter Ist-Größen von rechtem und linken physikalischen bzw. haemodynamischen Zustandsgrö-
    Gasraumdruck, Kolbenposition und Kolbenhub so- ßen dargestellt.
    wie -geschwindigkeit unter Berücksichtigung der 40 In der folgenden Beschreibung wird die Kolbenpum-
    mittels Temperatursensoren (64, 65) und mittels ei- pe gemäß der Erfindung auch als elektropneumatische
    nes Luftdrucksensors (66) laufend ermittelten Werte Pumpe bezeichnet. Ferner werden mit Bezugszeichen,
    für Antriebsgastemperatur und Druck geregelt wird. die primär mechanischen und/oder elektrischen Teile
    der Kolpenpumpe zugeordnet sind, die der Erfassung
    45 physikalischer Daten dienen, auch diese Daten selbst
    belegt.
    Zum Verständnis o. g. Erfindung ist die Kenntnis der
    Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zum Be- Funktion einer pneumatischen Blutpumpe oder »künsttrieb von pneumatischen Blutpumpen bekannter Bau- liehen Herzkammer« Voraussetzung, art-Variationen. Solche, auch — im Gegensatz zu ventil- 50 Diese ist nicht Gegenstand der Erfindung und wird gesteuerten Blutpumpenantrieben — als Verdränger- nur zum Verständnis anhand der Fig. 1 kurz erklärt koIben-Antrieb bezeichnete Pumpen sind bspw. aus (vergleiche hierzu auch die vorgenannte Druckschrift). »The International Journal of Artificial Organs«, Bd. 5, Ein relativ starres kugelförmiges Pumpgehäuse 112 Nr. 3,1982 S. 157—159 bekannt. ist durch eine dünne, flexible Membrane 111 in eine Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Be- 55 Blutkammer 113 und eine Luftkammer 114 unterteilt, triebssicherheit der in Rede stehenden Pumpen zu stei- Eine Einlaßklappe 115 und eine Auslaßklappe 116 befingern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst den sich blutkammerseitig im Pumpgehäuse. Ein Luftdurch zwei in einem gemeinsamen, beidendig abge- schlauch 118 ist auf den Anschlußnippel 117 der Luftschlossenen Zylinder angeordnete, unabhängig vonein- kammer 114 aufgeschoben. Gelangt über den Luftander und gegenläufig zueinander antreibbare Kolben, eo schlauch Luft in die Luftkammer, so baut sich hier und in deren Vorderseiten einen Gasraum mit vom Kolbenhub der Blutkammer (die zuvor über die Klappe 115 vollabhängigem Volumen einschließen, der über eine Ver- ständig mit Blut gefüllt worden ist) ein Druck auf. Erbindungsleitung mit einer ersten Kammer der Blutpum- reicht dieser Druck den öffnungsdruck der Auslaßklappe verbindbar ist, und deren über einen Verbindungska- pe 116, so fließt das Blut durch die sich jetzt vollständig nai miteinander verbundene Rückseiten einen Gasraum 65 öffnende Klappe 116 aus.
    mit vom Kolbenhub abhängigem Volumen einschließen, Jetzt wird über den Luftschlauch 118 die Luft aus der
    der über eine andere Verbindungsleitung mit einer Kammer 114 wieder herausgesaugt. Die Membrane
    zweiten Kammer der Blutpumpe verbindbar ist. wandert in Richtung der Luftseite. Die Klappe 116
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