Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertra gung in einen menschlichen Körper mit einer Sendeeinheit umfassend ein Gehäuse, in dem zumindest eine Sendespule angeordnet ist, wobei das Gehäuse eine Kontaktfläche aufweist, die dazu ausgebildet ist, zu mindest mittelbar in Anlagekontakt mit dem Körper angeordnet zu wer den, und mit einer im Körper positionierbaren Empfangseinheit umfas send eine Empfangsspule. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Aus dem Stand der Technik sind diverse Vorrichtungen zur induktiven Energieübertragung bekannt, mittels derer Akkus geladen werden kön nen. So ist beispielsweise das induktive Laden des Akkus eines Smart- phones in einer entsprechenden Ladeeinrichtung bekannt, bei der eine Energieübertragung zwischen einer Sendespule in der Ladeeinrichtung und einer Empfangsspule innerhalb des Mobiltelefons vorgesehen ist. Weiterhin sind derartige induktive Ladevorgänge auch aus der Automo biltechnik beim kontaktlosen Laden einer dem Antrieb des Fahrzeugs dienenden Antriebsbatterie bekannt.

Weiterhin ist es aus der Medizintechnik bekannt, in einen menschlichen Körper Geräte zu implantieren, die mittels eines Akkus betrieben wer den. Eine derartige gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 10 2016 106 683 A1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung ist Bestandteil ei nes sogenannten VAD (Ventricular Assist Device) - Systems, das eine der Unterstützung des Herzens eines Patienten dienende Pumpe auf weist. Da der Energiebedarf einer derartigen Pumpe relativ hoch ist, ist es erforderlich, dass der Patient die Sendeeinheit zur Energieübertra- gung üblicherweise ständig trägt. Dabei ergibt sich neben einem ge wünschten hohen Tragekomfort insbesondere bei hohen Energieüber tragungsraten die Problematik, dass das zwischen der Sendespule und der Empfangsspule befindliche menschliche Gewebe bzw. die Haut u. a. durch die von der Sende- und Empfangseinheit erzeugte (Verlust-) Wärme erwärmt wird. Aus diesem Grund gibt es beispielsweise im Rahmen von Normen vorgeschriebene Vorgaben, die zum Beispiel eine Erwärmung zum umliegenden Gewebe der Vorrichtung um maximal zwei Kelvin erlauben (ISO 14708-1 ; 17.1 ).

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur induktiven Energie übertragung durch die Haut hindurch weiter zu verbessern und eine thermische Beanspruchung der Haut bzw. des Gewebes zu reduzieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung in einen menschlichen Körper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die thermische Belastung des menschlichen Gewebes bzw. der Haut des Patienten zwischen der in dem Körper angeordneten Empfangseinheit und der in Anlagekontakt mit dem Körper angeordne ten Sendeinheit reduziert wird. Dadurch ist es möglich, relativ hohe Energieübertragungsraten in Richtung der Empfangseinheit zu ermögli chen. Dies hat insbesondere beim Einsatz bzw. der Verwendung von relativ großen Leistungen aufweisenden Systemen (beispielsweise im Rahmen eines VAD-Systems) den Vorteil, dass eine relativ kurze La dedauer erzielbar ist, sodass eine vergrößerte Flexibilität hinsichtlich einer ggf. verringerten Tragedauer der Sendeeinheit am Körper des Patienten ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß ist es hierzu gemäß der Lehre des Anspruchs 1 vor gesehen, dass zwischen der Sendespule und der Kontaktfläche des Gehäuses zum Körper des Patienten, in deren Bereich die Sendespule angeordnet ist, ein wärmeisolierendes Element angeordnet ist, das eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Grundmaterial des Ge häuses bzw. dessen Wandpartie im Bereich der Kontaktfläche, und dass auf der von der Sendespule abgewandten Seite des wärmeisolie renden Elements ein wärmeleitendes Element außenseitig an dem Ge häuse angeordnet ist, wobei das wärmeleitende Element aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1 W/mK oder mehr besteht.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Kombination eines wärmeisolieren den Elements auf der Seite des Gehäuses der Vorrichtung und eines wärmeleitenden Elements, das in Kontakt mit dem menschlichen Kör per angeordnet ist, bewirkt zweierlei: Einerseits wird die Wärmeein kopplung von dem Gehäuse der Sendeeinheit durch die Eigenerwär mung der Sendeeinheit in den menschlichen Körper dadurch verringert, dass durch das wärmeisolierende Element der Wärmeübergang in Richtung der Haut bzw. des Gewebes des menschlichen Körpers er schwert bzw. verringert wird. Andererseits wird ein Wärmeleitpfad von dem erwärmten menschlichen Gewebe an die Umgebung bereitgestellt, der die Erwärmung des menschlichen Gewebes reduziert bzw. verrin gert und einen Wärmestau vermeidet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung in einen menschlichen Körper sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Eine erste bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass das wärmeisolierende Element in Form einer Wärmeisolierfo lie, vorzugsweise auf Basis eines Aerogels, ausgebildet ist. Die Ver wendung einer derartigen Wärmeisolierfolie mit einer relativ geringen Dicke und hohen Flexibilität hat insbesondere den Vorteil, dass diese eine einfache, platzsparende Anordnung im Gehäuse ermöglicht. Eine konstruktive Ausgestaltung sieht vor, dass das wärmeisolierende Element als ein von dem Gehäuse separates Element ausgebildet und an einer Innenfläche des Gehäuse angeordnet ist. Dadurch können so wohl für das wärmeisolierende Element, als auch für das Material des Gehäuses jeweils optimierte, unterschiedliche Materialien verwendet werden.

Alternativ ist es auch denkbar, dass das wärmeisolierende Element in Form eines mehrschichtig ausgebildeten, vorzugsweise gewebte Fein strukturen aufweisenden Textils ausgebildet ist. Eine derartiges Textil gebilde hat insbesondere den Vorteil, dass eine Wärmeübertragung von dem Gehäuse in den Körper erschwert wird. Weiterhin hat eine derarti ge Ausbildung in Form eines Textils den Vorteil, dass dadurch eine be sonders gute Integration der Vorrichtung bzw. des Gehäuses in eine Trageeinrichtung ermöglicht wird. Insgesamt gesehen findet durch das wärmeisolierende Element hauptsächlich eine Wärmeabgabe in Rich tung der Umgebung weg von dem Körper statt, was zu einer Entlastung des (menschlichen) Gewebes führt.

Eine erste konstruktive Anordnung bzw. Ausbildung des wärmeleiten den Elements sieht vor, dass das wärmeleitende Element außerhalb der Kontaktfläche zum Körper an dem Gehäuse anliegt, sodass das wärmeleitende Element dort in Wirkverbindung mit der Umgebungsluft tritt. In der Praxis wird dies dadurch erzielt, dass beispielsweise das wärmeleitende Element nicht nur im unmittelbaren Bereich der Kontakt fläche zum menschlichen Körper am Gehäuse angeordnet ist, sondern beispielsweise an von dem menschlichen Körper beabstandeten bzw. abstehenden Bereichen des Gehäuses, beispielsweise im Bereich von freien Seitenwänden des Gehäuses.

Vorteilhafterweise ist es zur Realisierung einer effektiven und kosten günstigen Fierstellung des Gehäuses der Sendeeinheit vorgesehen, dass das Gehäuse als Spritzgussteil aus Kunststoff ausgebildet ist, und dass das wärmeleitende Element als Einlegeteil in ein Formwerkzeug ausgebildet ist, sodass der Kunststoff als Grund- bzw. Wandmaterial des Gehäuses an das wärmeleitende Element angespritzt ist.

Weiterhin kann es auch vorgesehen sein, dass das wärmeleitende Element außerhalb der Kontaktfläche zum Gehäuse beabstandet ist, und dass das wärmeleitende Element flexibel ausgebildet ist, sodass das wärmeleitende Element sich an den Körper anschmiegen kann. Es wird dadurch eine Wärmeabstrahlungsfläche an die Umgebung außer halb des Überdeckungsbereiches des Körpers mit dem Gehäuse er zielt, was für eine verbesserte Wärmeabfuhr sorgt.

Als mögliches Material für das wärmeleitende Element können kera- mikgefüllte Polyurethane vorgesehen sein.

Um zusätzliche Verluste aufgrund magnetischer Induktion zu vermei den, ist es darüber hinaus vorgesehen, dass das wärmeleitende Ele ment aus einem nichtmetallischen und nicht elektrisch leitfähigen Mate- rial besteht und eine Permeabilitätszahl von weniger als 100 aufweist.

Zuletzt umfasst die Erfindung auch die Verwendung einer soweit be schriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieübertragung in einen menschlichen Körper, insbesondere als Bestandteil eines VAD- Systems.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungs beispiele sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in: Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Energieübertra gung bei einer ersten konstruktiven Gestaltung eines wärme leitenden Elements, bei der dieses vollständig im Bereich ei nes Gehäuses der Vorrichtung angeordnet ist und

Fig. 2 eine Darstellung ähnlich der Fig. 1 , bei der das wärmeleiten de Element das Gehäuse der Vorrichtung seitlich überragt und in Anlagekontakt mit einem menschlichen Körper ange- ordnet ist.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Fi guren mit den gleichen Bezugsziffern versehen. In der Fig. 1 ist eine erste Vorrichtung 10 zur induktiven Energieüber tragung in einen menschlichen Körper 1 stark vereinfacht dargestellt. Die Vorrichtung 10 ist insbesondere Bestandteil eines im Einzelnen nicht dargestellten VAD-Systems 100, das zum Antreiben einer die Herzfunktion eines Patienten unterstützenden Pumpe mittels eines Ak- kus dient. Der in der Fig. 1 nicht dargestellte Akku wird mittels der Vor richtung 10 geladen. Dabei kann der Akku entweder Bestandteil der Vorrichtung 10 sein, oder aber von dieser örtlich getrennt, beispielswei se in Herznähe, angeordnet sein. Die Vorrichtung 10 weist eine Sendeeinheit 11 mit einem vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden und als Spritzgussteil ausgebildeten, übli cherweise mehrteiligen Gehäuse 12 auf. Im Innenraum bzw. Inneren des einen schalenförmigen Grundkörper 13 aufweisenden Gehäuses 12 sind u.a. eine vereinfacht dargestellte Sendespule 14, bestehend aus einem scheibenförmigen Magnetkern 16 und Drahtwicklungen 18 angeordnet. Selbstverständlich sind innerhalb des Gehäuses 12 noch weitere Bauteile angeordnet, die jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt sind.

Die Sendespule 14 wirkt mit einer innerhalb des Körpers 1 angeordne ten Empfangseinheit 20 zusammen, die im Körper 1 implantiert ist. Die Empfangseinheit 20 umfasst u. a. eine lediglich symbolisch dargestellte Empfangsspule 21 , in die mittels der Sendespule 14 Energie zum La den des Akkus induziert wird.

Die Sendeeinheit 1 1 bzw. das Gehäuse 12 weist eine Kontaktfläche bzw. einen Kontaktbereich 23 auf, in dem das Gehäuse 12 zumindest mittelbar in Kontakt mit dem Körper 1 des Patienten angeordnet ist, wobei sich zwischen der Empfangseinheit 20 und der Sendeeinheit 1 1 menschliches Gewebe 2 bzw. Haut befindet.

Das Gehäuse 12 der Sendeeinheit 1 1 ist durch einen vorzugsweise aus gut wärmeleitenden Material bestehenden Gehäusedeckel 24 ge schlossen, um die durch Eigenerwärmung der Sendeeinheit 1 1 entste hende Wärme durch Wärmeabstrahlung an die Umgebung zu verbes sern, was durch die Pfeile 3 verdeutlicht sein soll. Weiterhin ist beispiel haft an einer Innenfläche 25 des Gehäuses 12 zwischen der Sendespu le 14 und dem Kontaktbereich 23 ein wärmeisolierendes Element 26 angeordnet. Das wärmeisolierende Element 26 ist vorzugsweise in Form einer wärmeisolierenden Folie, besonders bevorzugt basierend auf einem Aerogel, ausgebildet. Es ist auf der dem Kontaktbereich 23 zugewandten Seite in vollständiger Überdeckung mit der Sendespule 14 angeordnet und ragt beispielhaft seitlich bis in Seitenwandbereiche des Gehäuses 12. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Material des wärmeisolierenden Elements 26 eine schlechtere Wärmeleitfähig keit aufweist als das aus Kunststoff bestehende Grund- bzw. Wandma terial des Gehäuses 12. Zwischen dem Gehäuse 12 und dem Körper 1 ist darüber hinaus an der Außenseite des Gehäuses 12 ein wärmeleitendes Element 30 ange ordnet. Das wärmeleitende Element 30, das sich im Kontaktbereich 23 in unmittelbarem Anlagekontakt mit dem Körper 1 befindet, besteht aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1 W/mK. Das wärmeleitende Element 30 dient der Ableitung von beim induktiven La devorgang in dem Körper 1 bzw. dem Gewebe 2 entstehender Wärme aus dem Körper 1. Hierzu ist es bei der Vorrichtung 10 vorgesehen, dass das wärmeleitende Element 30, das beispielsweise aus einem keramikgefüllten Polyurethan besteht, die Bereiche, in denen es in di rektem Anlagekontakt mit dem Körper 1 ist, seitlich überragt. Konkret ist es vorgesehen, dass das wärmeleitende Element 30 außen bis an vom Körper abstehende Seitenwände 32 des Gehäuses 12 geführt ist. Von dort ist eine direkte Wärmeübertragung bzw. Konvektion an die Umge bungsluft möglich, was ebenfalls durch die Pfeile 3 verdeutlicht sein soll. Zusätzlich kann durch nicht dargestellte Modifikationen des Ele ments 30 dessen Oberfläche vergrößert werden, was die Konvektion an die Umgebungsluft verbessert.

Die in der Fig. 2 dargestellte Vorrichtung 10a unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 dadurch, dass ein wärmeleitendes Element 30a ver wendet wird, das den Kontaktbereich 23 bzw. das Gehäuse 12 seitlich überragt und in direktem Anlagekontakt mit dem Körper 1 angeordnet ist bzw. sich an den Körper 1 anschmiegt. Dadurch ist eine direkte Wärmeübertragung und Konvektion von dem Gewebe 2 außerhalb des Kontaktbereichs 23 des Gehäuses 12 an die Umgebungsluft möglich.

Die soweit beschriebene Vorrichtung 10, 10a kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsge danken abzuweichen. Zusammenfassend ist Folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10; 10a) zur induktiven Energieübertragung in einen menschlichen Körper (1 ), mit einer Sendeeinheit (1 1 ) mit einem Gehäu se (12), in dem zumindest eine Sendespule (14) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (12) eine Kontaktfläche (23) aufweist, die dazu ausgebil det ist, in Anlagekontakt mit dem Körper (1 ) gebracht zu werden, und mit einer im Körper (1 ) positionierbaren Empfangseinheit (20) mit einer Empfangsspule (21 ), wobei zwischen der Sendespule (14) und dem Körper ein wärmeisolierendes Element (26) und ein wärmeleitendes Element (30; 30a) angeordnet sind.