Rotorwelle für ein Herzunterstützungssystem, Herzunterstützungssystem und Verfahren zum Herstellen einer Rotorwelle für ein Herzunterstützungssystem

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen zählen nach wie vor zu den häufigsten

Todesursachen. Insbesondere die Herzinsuffizienz stellt heute den häufigsten Anlass für eine Krankenhauseinweisung bei älteren Patienten dar. Die nichtmedikamentöse Therapie der Herzinsuffizienz im Endstadium besteht in der Herztransplantation und alternativ in der Implantation sogenannter mechanischer Kreislaufunterstützungssysteme, etwa eines

Herzunterstützungssystems, englisch ventricular assist device oder kurz VAD. Durch die Verwendung kleiner Axial- oder Radialpumpen statt großer pneumatischer Pumpen konnte die Komplikationsrate gesenkt und die Prognose signifikant verbessert werden. Solche Herzunterstützungssysteme werden zunehmend als dauerhafter Ersatz zur Herztransplantation verwendet.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine

Rotorwelle für ein Herzunterstützungssystem, ein Herzunterstützungssystem und ein Verfahren zum Herstellen einer Rotorwelle für ein Herzunterstützungssystem gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen

Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Rotorwelle für ein

Herzunterstützungssystem, wobei die Rotorwelle folgende Merkmale aufweist: zumindest einen Lagerabschnitt zum Lagern der Rotorwelle in einem

Rotorwellenträger; und zumindest ein in dem Lagerabschnitt angeordnetes Strukturelement zum

Erzeugen eines Fluidfilms in einem Schmierspalt zwischen dem Lagerabschnitt und dem Rotorwellenträger beim Drehen der Rotorwelle in einem Fluid.

Bei dem Herzunterstützungssystem kann es sich beispielsweise um eine intrakardiale Pumpe zur mechanischen Herzunterstützung handeln, wobei die Pumpe etwa als hydrostatische oder hydrodynamische Pumpe realisiert sein kann. Ferner kann es sich bei dem Herzunterstützungssystem um eine Pumpe handeln, in der diese beiden physikalischen Wirkprinzipien miteinander kombiniert sind. Die Rotorwelle kann beispielsweise als Verdrängerbauteil oder schaufei- oder propellerförmig ausgeführt sein. Unter einem Lagerabschnitt kann ein Abschnitt einer Mantel- oder Stirnfläche der Rotorwelle verstanden werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Lagerabschnitt um einen Wellenzapfen der Rotorwelle oder einen zwischen zwei Wellenzapfen befindlichen Abschnitt der Mantelfläche der Rotorwelle handeln. Unter einem Rotorwellenträger kann ein Lagerträger verstanden werden, der ausgebildet sein kann, um die Rotorwelle in axialer oder radialer Richtung zu lagern. Der Rotorwellenträger kann

beispielsweise Teil eines Gehäuses oder eines Käfigs des

Herzunterstützungssystems sein. Unter einem Strukturelement kann eine Erhebung oder eine Vertiefung zur Profilierung einer Oberfläche der Rotorwelle verstanden werden. Unter einem Fluidfilm kann ein Schmierfilm verstanden werden. Bei dem Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit, insbesondere um Blut, handeln.

Der hier beschriebene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein Rotor einer hydrostatischen oder hydrodynamischen Herzunterstützungspumpe mithilfe einer geeigneten Strukturierung einer Oberfläche des Rotors, etwa in Form

mikrostrukturierter Wellenzapfen, derart gelagert werden kann, dass der Rotor außer beim Erstanlauf der Pumpe nach der chirurgischen Implantation ausschließlich im Beanspruchungsregime der Fluidreibung betrieben wird. Durch eine derartige hydrodynamische Lagerung des Rotors kann gewährleistet werden, dass ein ausreichender trennender Fluidfilm zwischen einem oder mehreren Wellenzapfen des Rotors und sonstigen zur Lagerung der

Wellenzapfen erforderlichen Bauteilen vorhanden ist. Vorteilhafterweise kann hierdurch der sogenannte Ausklinkpunkt auf der Stribeck- Kurve zu sehr kleinen Drehzahlen hin verschoben werden.

Ein solcher Rotor bietet den Vorteil einer hohen Zuverlässigkeit. Ferner kann durch den Rotor Nullförderung vermieden werden und die Leistungsaufnahme einer mechanischen Antriebseinheit der Herzunterstützungspumpe reduziert werden. Dadurch, dass Misch- oder Grenzreibung minimiert werden kann, können Ausfälle der Pumpe und damit verbundene, unter Umständen lebensbedrohliche Konsequenzen für den betreffenden Patienten verhindert werden. Gemäß einer Ausführungsform kann das Strukturelement eine Vertiefung sein.

Ein solches Strukturelement in Form einer Vertiefung kann sehr einfach und kostengünstig realisiert werden.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Längsachse des Strukturelements und eine Längsachse der Rotorwelle in unterschiedliche Richtungen orientiert sind.

Dadurch können je nach Strömungsrichtung, -art und -stärke bestimmte

Strömungseffekte hervorgerufen werden, die die Erzeugung und

Aufrechterhaltung des Fluidfilms im Schmierspalt begünstigen können.

Beispielsweise ist es dadurch möglich, bereits bei sehr niedrigen Drehzahlen der Rotorwelle einen dauerhaften Fluidfilm zu erzeugen.

Der Lagerabschnitt kann sich beispielsweise radial um einen Endabschnitt der Rotorwelle erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Lagerabschnitt entlang einer Stirnseite der Rotorwelle erstrecken. Der Endabschnitt kann etwa ein Wellenzapfen der Rotorwelle sein. Dadurch wird eine radiale bzw. axiale Lagerung der Rotorwelle ermöglicht.

Je nach Ausführungsform kann das Strukturelement kreis-, ellipsen-, näpfchen-, rauten-, kegel-, zylinder-, keil-, spiral- und/oder tragflächenförmig ausgestaltet sein. Dadurch kann das Strukturelement je nach Ausgestaltung des

Herzunterstützungssystems flexibel an unterschiedliche Strömungsverhältnisse angepasst werden. Somit können Effizienz und Zuverlässigkeit des

Herzunterstützungssystems gesteigert werden.

Es ist ferner von Vorteil, wenn das Strukturelement an zumindest zwei Stellen unterschiedlich tief und/oder hoch ist. Beispielsweise kann die Tiefe des

Strukturelements ausgehend von einer ersten Kante zu einer der ersten Kante gegenüberliegenden zweiten Kante gleichmäßig größer werden. Auch durch diese Ausführungsform lassen sich die Strömungsbeeinflussenden Eigenschaften des Strukturelements je nach Einsatzzweck optimieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Bodenfläche des

Strukturelements die Form eines Tragflächenprofils aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein umlaufender Rand des Strukturelements die Form eines solchen Tragflächenprofils aufweisen. Unter einem Tragflächenprofil kann ein im weitesten Sinne tropfenförmiges Profil verstanden werden, das insbesondere dem Querschnitt eines Flugzeugflügels gleichen kann. Unter einer Bodenfläche kann ein Grund des Strukturelements verstanden werden. Unter einem umlaufenden Rand kann eine Kante verstanden werden, die eine Öffnung eines als Vertiefung ausgestalteten Strukturelements begrenzt. Mithilfe eines solchen Strukturelements kann bereits bei relativ niedrigen Drehzahlen der Rotorwelle ein ausreichend dicker, konstanter Schmierfilm im Schmierspalt erzeugt werden.

Je nach Ausführungsform kann das Strukturelement eine Länge zwischen 1 nm und 500 μηη, eine Breite zwischen 1 nm und 100 μηη oder eine Tiefe zwischen 1 nm und 20 μηη aufweisen. Dadurch kann das Strukturelement als Mikrostruktur realisiert werden. Besonders günstig ist es, wenn die Rotorwelle zumindest ein in dem

Lagerabschnitt angeordnetes weiteres Strukturelement zum Erzeugen des Fluidfilms aufweist. Dadurch können Zuverlässigkeit und Effizienz des

Herzunterstützungssystems erhöht werden.

Von Vorteil ist ferner, wenn die Rotorwelle zumindest einen Fluidkanal zum fluidischen Verbinden des Strukturelements und des weiteren Strukturelements aufweist. Dadurch kann ein Abreißen des Fluidfilms verhindert werden.

Hierbei können das Strukturelement und das weitere Strukturelement in unterschiedliche Richtungen orientiert sein. Auch durch diese Ausführungsform kann die hydrodynamische Lagerung der Rotorwelle möglichst reibungs- und verschleißarm ausgelegt werden.

Die Rotorwelle kann zudem eine Mehrzahl von in dem Lagerabschnitt angeordneten Strukturelementen zum Erzeugen des Fluidfilms aufweisen. Insbesondere können die Strukturelemente entlang zumindest einer Geraden und, zusätzlich oder alternativ, zumindest einer Kurve aneinandergereiht sein. Dadurch kann eine strahlen- oder wellenförmige, insbesondere beispielsweise spiralförmige Anordnung der Strukturelemente realisiert werden.

Denkbar ist auch, dass sich die Strukturelemente spiralförmig um eine

Mantelfläche der Rotorwelle erstrecken. Zusätzlich oder alternativ können sich die Strukturelemente spiralförmig entlang einer Stirnfläche der Rotorwelle, beispielsweise um einen Mittelpunkt der Stirnfläche, erstrecken. Dadurch kann eine besonders reibungsarme radiale bzw. axiale Lagerung der Rotorwelle realisiert werden.

Der hier beschriebene Ansatz schafft zudem ein Herzunterstützungssystem mit folgenden Merkmalen: einem Rotorwellenträger; und einer drehbar in dem Rotorwellenträger gelagerten Rotorwelle gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen. Ein solches Herzunterstützungssystem, etwa eine Axial- oder Radialpumpe, bietet den Vorteil einer kompakten Bauform, einer besonders hohen

Zuverlässigkeit, eines geringen Verschleißes und somit einer langen

Lebensdauer.

Schließlich schafft der hier vorgeschlagene Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer Rotorwelle für ein Herzunterstützungssystem, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Bereitstellen der Rotorwelle mit zumindest einem Lagerabschnitt zum Lagern der Rotorwelle in einem Rotorwellenträger; und

Ausformen zumindest eines Strukturelements in dem Lagerabschnitt, wobei das Strukturelement derart ausgeformt wird, dass beim Drehen der Rotorwelle in einem Fluid ein Fluidfilm in einem Schmierspalt zwischen dem Lagerabschnitt und dem Rotorwellenträger erzeugt wird.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in

entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.

Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder

Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend

beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Herzunterstützungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung einer Stribeck- Kurve;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Schmierspalts mit dickem

Schmierfilm; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Schmierspalts mit dünnem

Schmierfilm;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle gemäß

Ausführungsbeispiel; Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle mit drei

Lagerabschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle mit zwei

Lagerabschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle mit zwei

Lagerabschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle mit zwei

Lagerabschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 11 eine schematische Darstellung möglicher Formen eines

Strukturelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 12 eine schematische Darstellung zweier Strukturelemente mit

Tragflächenprofil gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 eine schematische Darstellung zweier Strukturelemente mit

Tragflächenprofil gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines zylinderförmigen Strukturelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 15 eine schematische Darstellung eines abgeschrägten zylinderförmigen

Strukturelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 16 eine schematische Darstellung eines kegelstumpfförmigen

Strukturelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 17 eine schematische Darstellung einer Rotorwelle mit einer kanalartigen Verbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 18 eine schematische Darstellung einer Stirnfläche einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 19 eine schematische Darstellung einer Stirnfläche einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 20 eine schematische Darstellung einer Stirnfläche einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 21 eine schematische Darstellung einer Stirnfläche einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 22 eine schematische Darstellung einer Stirnfläche einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

Fig. 23 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche

Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Herzunterstützungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Herzunterstützungssystem 100, hier eine auf einem hydrostatischen VAD-Pumpenprinzip basierende

Schraubenspindelpumpe, weist eine Lauf- und eine Antriebsspindel als

Rotorwellen 102 auf. Die Rotorwellen 102 sind in zwei Rotorwellenträgern 104 derart drehbar gelagert, dass die Rotorwellen 102 und die Rotorwellenträger 104 bereits bei niedrigen Drehzahlen der Rotorwellen 102 durch einen konstanten Schmierfilm voneinander getrennt sind. Dadurch ist es möglich, das

Herzunterstützungssystem 100 im Beanspruchungsregime der Fluidreibung zu betreiben.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Herzunterstützungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu Fig. 1 ist das Herzunterstützungssystem 100 gemäß Fig. 2 als eine auf einem hydrodynamischen VAD-Pumpenprinzip basierende Axialströmungspumpe realisiert. Das Herzunterstützungssystem 100 umfasst einen feststehenden, als vorderer Lagerträger fungierenden Strömungsgleichrichter 200 und die

Rotorwelle 102, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem

Strömungsgleichrichter 200 sowie in einem an einem dem

Strömungsgleichrichter 200 gegenüberliegenden Ende des

Herzunterstützungssystems 100 befindlichen und als hinterer Lagerträger fungierenden Diffusor 202 drehbar gelagert ist. Die Rotorwelle 102 weist eine Vorstufe bzw. einen Impeller 204 auf. Ein innerhalb eines Motorstators 206 drehbar angeordneter Abschnitt des Impellers 204 weist eine Mehrzahl von Magneten 208 auf, die je an den Schaufeln des Impellers 204 angebracht sind. Eine Richtung eines Blutflusses durch das Herzunterstützungssystem 100 ist mit zwei Pfeilen gekennzeichnet.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Stribeck- Kurve 300. Die Stribeck- Kurve 300 stellt einen von einer Geschwindigkeit v abhängigen Verlauf einer Reibungszahl f dar, wobei die Geschwindigkeit v auf einer Abszisse und die Reibungszahl f auf einer Ordinate aufgetragen ist. Hierbei repräsentiert eine durchgehende Linie eine Gesamtreibung, eine gepunktete Linie eine

Grenzreibung und eine gestrichelte Linie eine Flüssigkeitsreibung. Die

Reibungszahl f fällt ausgehend von einer Anfangsreibungszahl f ₀ bis zu einem Punkt A steil ab. Der Punkt A entspricht einer Geschwindigkeit, ab der sich in einem Schmierspalt zwischen zwei Körpern ein dünner Schmierfilm bildet.

Ausgehend vom Punkt A steigt die Reibungszahl f mit zunehmender

Geschwindigkeit mit relativ geringer Steigung an. Ein Punkt D auf der Stribeck- Kurve 300 markiert eine Geschwindigkeit, ab der sich im Schmierspalt ein dicker Schmierfilm bildet. Ein von dem Punkt A und einem zwischen den Punkten A, D befindlichen Ausklinkpunkt C begrenzter Abschnitt der Stribeck- Kurve 300 repräsentiert eine Zone, in der eine milde Mischreibung zwischen den beiden Körpern vorliegt. Der Ausklinkpunkt C markiert einen Übergang von der Zone der Mischreibung in die Zone der Flüssigkeitsreibung.

Die bei der Fluidförderung auf die Rotorwelle wirkenden Kräfte, die bei einer hydrostatischen Pumpe als Verdrängerbauteil und bei einer hydrodynamischen Pumpe als Laufrad in Schaufel- oder Propellerform ausgeführt sein kann und je nach Ausführungsform zusätzliche Bauteile zur Strömungsführung aufweisen kann, werden durch ein oder mehrere Lager in radialer oder axialer

Rotorwellenrichtung aufgenommen.

Wie anhand der Stribeck- Kurve 300 zu erkennen, durchlaufen insbesondere Fluidenergiemaschinen beim Anlauf aus dem Stillstand, d. h., wenn die

Anfangsgeschwindigkeit der Rotorwelle gleich null ist, physikalisch bedingt zunächst die Zone oder das Beanspruchungsregime der Grenzreibung mit sehr hohem Festkörperreibungsanteil. In dieser Zone werden Fluidenergiemaschinen wegen des auftretenden Verschleißes und wegen des infolge der hohen

Reibungskoeffizienten erforderlichen Antriebsmoments in der Regel nicht betrieben.

An die Grenzreibung schließt sich das Beanspruchungsregime der Mischreibung an, das durch Festkörperreibung und einen zunehmenden Anteil an Fluidreibung gekennzeichnet ist.

Ab einem für das tribologische System der Fluidenergiemaschine spezifischen und diskret auftretenden Belastungszustand kann dann die

Fluidenergiemaschine durch Erhöhung der Rotorwellendrehzahl nach dem Ausklinkpunkt C in einem ausschließlich durch Flüssigkeitsreibung

gekennzeichneten Beanspruchungsregime betrieben werden.

In diesem Beanspruchungsregime werden die relativ zueinander bewegten Bauteile des tribologischen Systems derart durch einen als Schmierfilm fungierenden Fluidfilm in einem Schmierspalt voneinander getrennt, dass die Bauteile keinen Festkörperkontakt mehr miteinander haben.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Schmierspalts 400 mit dickem Schmierfilm zwischen zwei Körpern 402. Hierbei sind die beiden Körper 402 vollständig durch den im Schmierspalt 400 befindlichen Schmierfilm voneinander getrennt. Bei den beiden Körpern 402 handelt es sich beispielsweise um einen Lagerabschnitt einer Rotorwelle und einen Abschnitt eines Rotorwellenträgers, wie sie vorangehend anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben sind. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Schmierspalts 400 mit dünnem Schmierfilm zwischen zwei Körpern 402. Im Unterschied zu Fig. 4 haben die beiden Körper 402 in Fig. 5 stellenweise miteinander Kontakt. Ein Fluiddruck p im Bereich der Kontaktflächen bzw. Engstellen zwischen den beiden Körpern 402 ist mit drei senkrecht schraffierten Kurven gekennzeichnet.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Rotorwelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Rotorwelle 102 handelt es sich beispielsweise um eine anhand der Figuren 1 und 2 beschriebene Rotorwelle. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Rotorwelle 102 einen an einem ersten

Wellenzapfen befindlichen ersten Lagerabschnitt 600 und einen an einem dem ersten Wellenzapfen gegenüberliegenden zweiten Wellenzapfen befindlichen zweiten Lagerabschnitt 602, auch Lagerbereiche genannt. Hierbei ist der erste Lagerabschnitt 600 in einem ersten Wellenlager 604 und der zweite

Lagerabschnitt 602 in einem zweiten Wellenlager 606 drehbar gelagert. Die beiden Wellenlager 604, 606 sind beispielsweise Teile eines Rotorwellenträgers, wie er vorangehend anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben ist.

Die beiden Lagerabschnitte 600, 602 weisen jeweils eine Mehrzahl von

Strukturelementen 608 auf, die dazu dienen, einen Fluidfilm innerhalb des Schmierspalts 400 zwischen der Rotorwelle 102 und den beiden

Lagerabschnitten 600, 602 zu erzeugen, sofern die Rotorwelle 102 in einem Fluidstrom, etwa einem Blutstrom, um ihre Längsachse 612 gedreht wird.

Beispielhaft sind die im ersten Lagerabschnitt 600 befindlichen Strukturelemente 608 in Fig. 6 im Wesentlichen parallel zur Längsachse 612 ausgerichtet, während die im zweiten Lagerabschnitt 602 befindlichen Strukturelemente 608 in einem Winkel von etwa 45 Grad zur Längsachse 612 ausgerichtet sind.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die beiden Lagerabschnitte 600, 602 als mikrostrukturierte Lagerbereiche realisiert.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Rotorwelle 102 mit drei

Lagerabschnitten 600, 602, 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Rotorwelle 102 handelt es sich beispielsweise um eine vorangehend anhand der Figuren 1 bis 6 beschriebene Rotorwelle. Beispielhaft umfasst die Rotorwelle 102 gemäß Fig. 7 neben dem ersten Lagerabschnitt 600 und dem zweiten

Lagerabschnitt 602 einen zwischen den beiden Lagerabschnitten 600, 602 angeordneten dritten Lagerabschnitt 700. Die drei Lagerabschnitte 600, 602, 700 sind mit je einem Strukturelement 608 und zwei weiteren Strukturelementen 706 realisiert. Hierbei sind die zwei weiteren Strukturelemente 706 jeweils seitlich versetzt zum Strukturelement 608 angeordnet. Im dritten Lagerabschnitt 700 sind die Strukturelemente 608, 706 alternierend je in eine andere Richtung orientiert.

Wie in Fig. 7 zu erkennen, sind die Strukturelemente 608, 706 im ersten

Lagerabschnitt 600 parallel zur Längsachse 612, im zweiten Lagerabschnitt 602 quer zur Längsachse 612 und im dritten Lagerabschnitt 700 in einem Winkel von plus/minus 45° zur Längsachse 612 angeordnet.

Bei den Strukturelementen 608, 706 handelt es sich beispielsweise je um eine Mikrostruktur, wobei in Fig. 7 eine mögliche Winkelanordnung dieser

Mikrostrukturen gezeigt ist. Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer vorangehend anhand der

Figuren 1 bis 7 beschriebenen Rotorwelle 102 mit zwei Lagerabschnitten 600, 602 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine Spiralanordnung der Strukturelemente 608. Hierbei sind die Strukturelemente 608 in spiralförmigen Bändern 800 radial um eine Oberfläche, hier eine Mantelfläche, der Rotorwelle 102 angeordnet. Der Abstand zwischen den einzelnen Bändern 800 kann je nach

Ausführungsform konstant oder variabel sein. Beispielhaft weisen die Bänder 800 im Lagerabschnitt 600 einen variablen Abstand und im zweiten Lagerabschnitt 602 einen konstanten Abstand zueinander auf. Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Rotorwelle 102 mit zwei

Lagerabschnitten 600, 602 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Rotorwelle 102 entspricht im Wesentlichen der anhand von Figur 8 beschriebenen

Rotorwelle, mit dem Unterschied, dass die Strukturelemente 608 im ersten Lagerabschnitt 600 in x- und y-Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Hierbei sind die Strukturelemente 608 in versetzten Linien und relativ zueinander in einem definierten Winkel zwischen 0 und 90 Grad auf der Oberfläche der Rotorwelle 102 angeordnet.

Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer vorangehend anhand der Figuren 1 bis 9 beschriebenen Rotorwelle 102 mit zwei Lagerabschnitten 600,

602 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine mögliche

Flächenbedeckung der Oberfläche der Rotorwelle 102 durch die

Strukturelemente 608. Ein Flächenbedeckungsgrad beträgt beispielsweise zwischen 5 und 95 Prozent einer Gesamtoberfläche der Rotorwelle 102.

Beispielhaft weist der erste Lagerabschnitt 600 einen kleinen

Flächenbedeckungsgrad und der zweite Lagerabschnitt 602 einen hohen Flächenbedeckungsgrad auf.

Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung möglicher Formen eines

Strukturelements 608 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt sind mögliche geometrische Formen des Strukturelements 608 in der Draufsicht, etwa eines vorangehend anhand der Figuren 1 bis 10 beschriebenen Strukturelements. Je nach Ausführungsform kann das Strukturelement 608, von links nach rechts betrachtet, als Ellipse, Näpfchen, Kreis, Raute oder Keil realisiert sein.

Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung zweier Strukturelemente 608 mit Tragflächenprofil gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den vorangehend anhand der Figuren 1 bis 11 beschriebenen Strukturelementen weisen die in Fig. 12 in der Draufsicht gezeigten Strukturelemente 608 eine Tragflächenform an der Oberfläche auf. Das Tragflächenprofil kann

beispielsweise im Wesentlichen parallel oder quer zur Längsachse 612 ausgerichtet sein.

Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung zweier Strukturelemente 608 mit Tragflächenprofil gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu Fig. 12 weisen die Strukturelemente 608 gemäß Fig. 13 die Tragflächenform jeweils auf einer Bodenfläche 1300 auf, auch Grundfläche oder Grund genannt. Hierbei weist die Oberfläche der Strukturelemente 608, d. h. ein in Fig. 13 mit einer gestrichelten Linie gekennzeichneter umlaufender Rand 1302, beispielsweise die Form einer Ellipse auf. Je nach Ausführungsform kann die Oberfläche auch andere Formen aufweisen, etwa eine der Formen, wie sie vorangehend anhand von Fig. 11 beschrieben sind.

Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung eines zylinderförmigen

Strukturelements 608 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Strukturelement 608, das Teil einer vorangehend anhand der Figuren 1 bis 13 beschriebenen Rotorwelle sein kann, weist über den gesamten Umfang eine konstante Tiefe A auf.

Fig. 15 zeigt eine schematische Darstellung eines abgeschrägten

zylinderförmigen Strukturelements 608 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Je nach Ausführungsform kann das Strukturelement 608 mit oder ohne

Tiefenzunahme realisiert sein. In Fig. 15 weist die Grundfläche des

Strukturelements 608 eine von einer Kante C zu einer gegenüberliegenden Kante D gehende Tiefenzunahme auf. Dementsprechend ist die Grundfläche des Strukturelements 608 im Unterschied zu Fig. 14 abgeschrägt.

Fig. 16 zeigt eine schematische Darstellung eines kegelstumpfförmigen

Strukturelements 608 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den Figuren 14 und 15 weist das Strukturelement 608 gemäß Fig. 16 eine

kegelförmige Geometrie auf. Je nach Ausführungsform kann das Strukturelement 608 in unterschiedlichsten Kegelformen ausgestaltet sein.

Fig. 17 zeigt eine schematische Darstellung einer Rotorwelle 102 mit einer kanalartigen Verbindung 1700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Rotorwelle 102 handelt es sich beispielsweise um eine vorangehend anhand der Figuren 1 bis 16 beschriebene Rotorwelle. Die kanalartige Verbindung 1700 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein das Strukturelement 608 und das weitere Strukturelement 706 fluidisch miteinander verbindender

Verbindungskanal ausgeformt. Beispielhaft sind die beiden Strukturelemente 608, 706 in Fig. 17 mit einer trapezförmigen Grundfläche realisiert, wobei der Verbindungskanal 1700 beispielhaft je an einer längeren der beiden parallelen Seiten der Grundflächen angeordnet ist. Je nach Ausführungsform können Mikrostrukturen als Strukturelemente 608 durch eine Kanalstruktur, die beispielsweise den in Fig. 17 gezeigten

Verbindungskanal 1700 umfasst, in beliebiger Weise und an beliebiger Stelle über der Tiefe der Struktur miteinander zum Fluidtransport verbunden sein.

Fig. 18 zeigt eine schematische Darstellung einer Stirnfläche 1800 einer vorangehend beschriebenen Rotorwelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Strukturelemente 608 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel spiralförmig um einen auf der Längsachse 612 liegenden Mittelpunkt der Stirnfläche 1800, auch Stirnseite genannt, angeordnet. Die in Fig. 16 in der Draufsicht gezeigte Spiralform der Strukturelemente 608 in Form von Mikrostrukturen ist mit einer durchgehenden Linie gekennzeichnet. Entlang dieser durchgehenden Linie kann eine Vielzahl von Strukturelementen 608 aneinandergereiht sein. Beispielsweise sind die Strukturelemente 608 bei Axiallagern in spiralförmigen Bändern axial auf der Stirnfläche 1800 angeordnet.

Fig. 19 zeigt eine schematische Darstellung einer Stirnfläche 1800 einer

Rotorwelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu Fig. 18 sind die Strukturelemente 608 gemäß Fig. 19 zentrisch entlang mehrerer Geraden angeordnet, die sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Mittelpunkt der Stirnfläche 1800 schneiden, sodass sich eine zentrische Strahlanordnung der Strukturelemente 608 ergibt. Beispielhaft erstrecken sich die Strukturelemente 608 in Fig. 19 über zwei einander gegenüberliegende Kreissektoren der

Stirnfläche 1800.

Fig. 20 zeigt eine schematische Darstellung einer Stirnfläche 1800 einer

Rotorwelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu Fig. 19 sind die Strukturelemente 608 hier exzentrisch strahlförmig entlang mehrerer Geraden angeordnet. Je nach Ausführungsform können die Geraden parallel zueinander angeordnet sein oder sich in einem oder mehreren Punkten außerhalb des Mittelpunkts der Stirnfläche 1800 schneiden.

Fig. 21 zeigt eine schematische Darstellung einer Stirnfläche 1800 einer

Rotorwelle 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu der anhand von Fig. 20 beschriebenen Stirnfläche sind die Strukturelemente 608 entlang zweier aus geraden und kurvigen Abschnitten bestehender Linien exzentrisch angeordnet. Beispielhaft erstrecken sich die Strukturelemente 608 hierbei über drei von vier gleich großen Kreissektoren der Stirnfläche 1800.

Je nach Ausführungsform können die Strukturelemente 608 in Form von

Mikrostrukturen bei Axiallagern zentriert und exzentrisch strahlförmig entlang einer Geraden oder einer Kurve mit beliebiger Länge oder entlang einer

Kombination aus Geraden und Kurven auf der Oberfläche angeordnet sein.

Fig. 22 zeigt eine schematische Darstellung einer Stirnfläche 1800 einer

Rotorwelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine partielle Flächenbedeckung der Stirnfläche 1800 mit Mikrostrukturen als

Strukturelementen 608 bei Axiallagern in der Draufsicht. Hierbei erstrecken sich die Strukturelemente 608 partiell über bestimmte Bereiche der Stirnfläche 1800.

Die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele gelten sowohl für radiale als auch für axiale Rotorwellenlagerungen. Hierbei sind die Strukturelemente in Form von Mikrostrukturen, insbesondere in Form von Vertiefungen, alternativ oder zusätzlich auch in Form von Erhebungen, in beliebiger Weise, insbesondere in einem Winkel zwischen 0 und 90 Grad, zur Längsachse der Rotorwelle angeordnet. Ferner kann die Grundfläche der Mikrostrukturen aus einer beliebigen Kombination verschiedener Flächenprofile realisiert sein.

Beispielsweise kann die Mikrostruktur eine Fläche aufweisen, deren Größe und Form sich ausgehend von der Oberfläche bis zum Strukturgrund ändern. Tiefe und Form der Mikrostrukturen können in beliebiger Weise miteinander kombiniert sein, insbesondere können die Mikrostrukturen in zusammenhängenden Bändern mit zunehmender oder abnehmender Tiefe oder Form oder mit einem lokalen Tiefenmaximum miteinander kombiniert sein.

Eine jeweilige Länge der Mikrostrukturen liegt beispielsweise zwischen 1 nm und 500 μιτι.

Eine jeweilige Breite der Mikrostrukturen liegt beispielsweise zwischen 1 nm und 100 μιτι. Eine jeweilige Tiefe der Mikrostrukturen liegt beispielsweise zwischen 1 nm und 20 μηη.

Fig. 23 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 2300 zum Herstellen einer Rotorwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 2300 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer vorangehend anhand der Figuren 1 bis 22 beschriebenen Rotorwelle durchgeführt werden. Das Verfahren 2300 umfasst einen Schritt 2310, in dem die Rotorwelle bereitgestellt wird. Hierbei weist die Rotorwelle zumindest einen Lagerabschnitt zum Lagern der Rotorwelle in einem Rotorwellenträger auf, vorstehend auch Wellenlager genannt. In einem weiteren Verfahrensschritt 2320 wird im Bereich des Lagerabschnitts, der beispielsweise einem Wellenzapfen der Rotorwelle entspricht, zumindest ein Strukturelement derart ausgeformt, dass beim Drehen der Rotorwelle in einem Fluid, insbesondere in Blut, ein ausreichend dicker Fluidfilm als Schmierfilm in einem Schmierspalt zwischen dem Lagerabschnitt und dem Rotorwellenträger erzeugt wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die makroskopisch gefertigte Oberfläche der Rotorwelle im Schritt 2320 an einem oder mehreren Lagerabschnitten mit Mikrostrukturen als Strukturelementen dergestalt ausgeführt, dass hierdurch bereits bei sehr kleinen Rotorwellendrehzahlen ein trennender Fluidfilm erzeugt werden kann.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.