Auslegung von Zentrifugalpumpen zur effizienten, drucksensitiven und atraumatischen Herzunterstützung

Mechanische Herzunterstützung wird in steigender Zahl eingesetzt. Es haben sich Systeme auf dem Prinzip der Kreiselpumpe durchgesetzt. Aktuelle Systeme weisen Verbesserungspotential in der Strömungsführung auf, die den Wirkungsgrad, die Pumpcharakteristik und die Bluttraumatisierung bestimmt.
Die Arbeit erfolgte weitgehend numerisch. Einzelsimulationen konnten durch den Vergleich mit gemessenen Kennlinien, Literaturdaten und Ergebnissen der Strömungssichtbarmachung validiert werden.
Es wurde ein zentral-zusammengesetzter Versuchsplan berechnet, der den Einfluss von neun geometrischen Parametern einer Zentrifugalpumpe auf den Wirkungsgrad näher untersucht. Der numerisch optimierte, hydraulische Wirkungsgrad beträgt 65% und liegt damit geringer als maximale Wirkungsgrade für industrielle Pumpen größerer Leistungsklassen. Die Gründe für die Diskrepanz liegen, neben der halboffenen Ausführung des Laufrades, in großen Reibungsverlusten durch das hochviskose Medium Blut.
Die Pumpcharakteristik sollte möglichst drucksensitiv sein. Es wurde der Effekt von fünf Parametern im Bereich von 1-8l/min untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass der gemittelte Gradient der Kennlinie als quantitatives Maß auf größere Werte gesteigert werden konnte als aktuelle Systeme aufweisen.
Hohe Scherung führt zur Bluttraumatisierung. Mittels eines vollfaktoriellen Versuchsplanes wurde der Einfluss von sechs Parametern in einem Lagerspalt untersucht. Dabei wurde auf einen partikel-basierten Lagrange-Ansatz zurückgegriffen, der sowohl die Scherung als auch die Verweilzeit berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen die erwartete Relevanz der Spaltweite im Untersuchungsbereich, den erhöhten Einfluss des Durchmessers im Vergleich zur Spaltweite und der Drehzahl und einen geringen Einfluss einer Radialkraft.