Studentische Projekte 2019

Demonstrationsmodell einer levitierenden axialen Blutpumpe

Moderne axiale Blutpumpen kommen als Herzunterstützungssystem immer häufiger zum Einsatz. Die Pumpen zeichnen sich durch eine kleine Bauweise bei hoher Flussrate aus.

In dem von der Senatskommission für Studium und Lehre (K1) geförderten Projekt werden die Studierenden eine solche axiale Blutpumpe in offener Bauweise als Demonstrations- und Studienmodell aufbauen.

Interessant ist der interdisziplinäre Ansatz des Projektes, da maschinenbautechnische, elektrotechnische und physiologische Fragestellungen bearbeitet werden müssen. 

Im Rahmen des Studierendenprojektes konnte nun ein funktionsfähiges axiales Blutpumpenmodell erfolgreich entwickelt werden. Die Pumpe wird durch einen selbstkonstruierten bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC) angetrieben. Die sechs Wicklungen (A+/A-/B+/B-/C+/C-) am Stator des Motors wurden per Hand gewickelt. Die Rotorflügel wurden im 3D-Druck hergestellt und sind mit Dauermagneten ausgestattet. Eine Übertragung von elektrischer Energie auf den Rotor im inneren des Motors ist bei dieser Konfiguration nicht erforderlich. Der Motor wird durch eine elektronische 3-Phasen-Kommutierung angesteuert worüber auch die Drehzahlregelung realisiert wird. Der hierzu eingesetzte Motorregler benötigt zur Rotorpositionserkennung drei Hallsensoren (HA/HB/HC) die im Abstand von jeweils 120° am Stator positioniert sind. Die axiale Blutpumpe ist auf der rechten Seite mit einer Magnetlagerung ausgestattet.

 Technische Details:

  • Bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC)
  • Stator manuell gewickelt, ca. 300 Windungen/Statorspule
  • Motorsteuerung mit 3-Phasen Hochleistungstreibern 
  • Sensorgesteuerte Kommutierung 
  • Hallsensoren zur Erkennung der Rotorposition
  • Rotor bestehend aus Impeller/Inducer, Diffuser, Straightener 
  • jeweils mit 3D Drucker erstellt
  • Einseitig mit magnetischer Lagerung ausgestattet

Vorteile der axialen Blutpumpe:

  • Kleine, leichte Bauweise bei hohem Durchfluss
  • Geringe Blutschädigung durch spezielles Rotordesign
  • Magnetische Lagerung mit geringer Reibung und Wärmeentwicklung, dadurch verschleißfrei und blutschonend
  • geringe Geräuschentwicklung

Betreuender Professor

Prof. Dr.-Ing. Mehdi Behbahani


Raum 01E12
behbahani(at)fh-aachen.de
T: +49.241.6009 53727

Ansprechpartner

Betreuender Ingenieur

Dipl.-Ing. Karl-Heinz Gatzweiler
Heinrich-Mußmann-Str. 1
52428 Jülich | Germany
T 0241 6009 53722

gatzweiler(at)fh-aachen.de

Studentische Projektleiter

Simon Habicht
Chloe Radermacher
B. Bukhtawer

Stellv. studentische Projektleiter

Smit Nandu
Yashothan Sivarajah
Jan Faheem

Studentische Mitarbeiter

Yuyang Mao
Tobias Küster
Naeem Assasa
Arefan, Aishan
Abdallah El Noaymi

Video zum Modell der levitierenden axialen Blutpumpe

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Video zur Zentrierung der magnetischen Lagerung

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Video einer Vorgängerversion (Prototyp) der levitierenden axialen Blutpumpe

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Bilder zum Blutpumpenmodell

Draufsicht auf die axiale Blutpumpe mit den Hauptkomponenten Stator (mitte), Inducer/Impeller (orange), Straightener/Diffuser (gelb) magnetische Lagerung (rechts, grau) und dem Steuerkonsole unten.

Linke Seitenansicht der axialen Blutpumpe mit den sechs Statorwicklungen A+, A-, B+, B-, C+, C-, und den drei Hallsensoren HA, HB, HC. Im Vordergrund ist der Straightener in gelb zu sehen.

Rechte Seitenansicht der axialen Blutpumpe mit der magnetischen Lagerung, sechs Ringmagneten am Stator (grau), ein Ringmagnet auf der Achse in der Mitte.

Frontansicht des entwickelten axialen Blutpumpenmodells

Weiterentwicklung des axialen Blutpumpenmodells

Das Demonstrationsmodell wird nun weiterentwickelt, so dass auch Flüssigkeiten gepumpt werden können. Dazu muss die Leistung bzw. das Drehmoment des Motors erhöht werden. Das erreicht man u.a. durch eine Statorwicklung mit größerem Drahtquerschnitt. Des Weiteren muss ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf realisiert werden. In dieser Ausbaustufe lassen sich dann Strömungsuntersuchungen mit dem im Labor vorhandenen PIV-System (Particle Image Velocimetrie) durchführen.

 

 

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