Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorlagerungssystem.

Im Stand der Technik ist eine Kombination aus einem Festkörperlager und einer passiven magnetischen Axialkupplung bekannt. Ferner ist auch eine ra- diale passive magnetische Kupplung zur Drehmomentübertragung mit axialem Versatz eines Kupplungsteils, d. h. einer Vorspannung, zur Einstellung der Axialkraft bekannt.

Die Verwendung einer axialen passiven Magnetkupplung führt zu einer hohen Axialkraft auf die Lagerung und somit zu erhöhter Reibung und erhöhtem Ver- schleiß. Hierbei ist eine Minimierung der vom Lager aufzunehmenden Axial- kraft nicht möglich, da diese direkt abhängig vom zu übertragenden Moment ist.

Darüber hinaus ist auch eine Anordnung mit zwei Festlagern zur axialen und radialen Rotorlagerung in Pumpen, insbesondere bei Pumpen zur Herz-Kreis- lauf-Unterstützung (VAD), bekannt. Bei vorgespannten Lagern stellt die Ver- wendung zweier Festkörperlager eine überbestimmte Lagerung dar, bei der durch Verschleiß des belasteten Lagers oder der belasteten Lager die Vor- spannung solange reduziert wird bis sich ein kleines Spiel einstellt und die Lagerung unterbestimmt wird, was nachteilhaft ist. Weiterhin kann eine ther- misch bedingte Längung bzw. Ausdehnung des Rotors nicht kompensiert wer- den, so dass es zum Verklemmen des Rotors zwischen den beiden Axialla- gern kommen kann. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rotorlagerungssystem bereitzustellen, in dem geringere Reibung und damit weniger Verschleiß auftritt. Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Rotorlagerungssys- tem gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhän- gigen Ansprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßes Rotorlagerungssystem dient insbesondere der berüh- rungsfreien Übertragung eines Drehmoments auf einen sich drehenden Rotor in Kombination mit dessen Lagerung in axialer und radialer Richtung.

Ein erfindungsgemäßes Rotorlagerungssystem weist ein Gehäuse, in dem ein erster insbesondere zylinderförmiger Permanentmagnet um eine erste Achse drehbar gelagert ist, auf.

Ferner weist ein erfindungsgemäßes Rotorlagerungssystem einen Rotor auf, welcher einen zweiten hohlzylinderförmigen Permanentmagneten aufweist, welcher um eine zweite Achse drehbar gelagert ist. Bevorzugt weist der Rotor einen hohlzylinderförmigen Teil auf, in dem der zweite hohlzylinderförmige Permanentmagnet angeordnet ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Rotorlagerungssystem überlappen der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet axial zumindest teil- weise, wobei der erste Permanentmagnet gegenüber dem zweiten Perma- nentmagneten insbesondere axial versetzt angeordnet.

Unter dem Ausdruck, dass der erste Permanentmagnet gegenüber dem zwei- ten Permanentmagneten axial versetzt angeordnet ist, wird verstanden, dass ein axialer Mittelpunkt des ersten Permanentmagneten gegenüber einem axi- alen Mittelpunkt des zweiten Permanentmagneten axial versetzt angeordnet ist.

Hierbei berechnet sich der axiale Mittelpunkt eines Permanentmagneten als Punkt zwischen dem einen axialen Ende des Permanentmagneten und dem entgegengesetzten anderen axialen Ende des Permanentmagneten. Hierbei liegt ein axiales Ende auf einer axialen Längsachse des Permanentmagneten. Darüber hinaus befindet sich im axialen Überlappungsbereich des ersten Per- manentmagneten und des zweiten Permanentmagneten das Gehäuse zwi- schen den beiden Permanentmagneten.

Das Rotorlagerungssystem weist ferner ein erstes Lager auf zur relativen axi- alen Positionierung des Rotors und des Gehäuses zueinander und zur Auf- nahme einer Axialkraft, welche aus der Anordnung des ersten Permanentmag- neten und zweiten Permanentmagneten resultiert.

Das Rotorlagerungssystem weist darüber hinaus ein zweites Lager und ein drittes Lager zur Aufnahme von Radialkräften und zur Positionierung der Ro- tationsachse des zweiten Permanentmagneten auf. Durch den axialen Versatz des ersten zum zweiten Permanentmagneten rela- tiv zueinander stellt sich zwischen diesen Körpern eine Kraft in axialer Rich- tung ein, die abhängig von der Art der Magnetisierung in oder bevorzugt ent- gegen der Versatzrichtung wirkt. Insbesondere lässt sich dadurch eine aus der Kupplung und anderen Betriebskräften, z. B. aus Strömungskräften, resultie- rende positive, negative oder verschwindende Axialkraft definiert einstellen, ohne gleichzeitig das übertragbare Drehmoment maßgeblich zu reduzieren. Dazu kann zunächst die aus der Strömung auf den Rotor ausgeübte Axialkraft bestimmt werden, z. B. durch Auswertung von Strömungssimulationen. Aus magnetischen Simulationen und/oder Messungen kann der Zusammenhang zwischen Axialversatz und magnetischer Axialkraft bestimmt werden. An- schließend kann für die Konstruktion ein Versatz gewählt werden, bei dem die magnetische Axialkraft die Strömungsaxialkraft mindestens kompensiert, vor- zugsweise um einen Sicherheitsfaktor überkompensiert. In Kombination mit dem ersten Lager, d. h. einem Axiallager, kann somit über den relativen axialen Versatz eine für die Lagerfunktion erforderliche, defi nierte Axialkraft eingestellt werden. Letztgenannte kann hierbei so gewählt werden, dass das erste Lager hinsichtlich Reibleistung und Verschleiß im zulässigen Bereich betrieben werden kann. Es ist dabei bevorzugt, dass das Axiallager dauerhaft im Kontakt betrieben wird, das heißt die Magnetaxial kraft muss zu jedem Zeitpunkt die Strömungsaxialkraft mindestens kompensieren.

Im Gegensatz zu einer im Stand der Technik realisierten Lösung mit zwei axi- alen Festkörperlagern mit den oben beschriebenen Nachteilen enthält die hier beschriebene Lösung lediglich ein axiales Festkörperlager und vermeidet dadurch eine Über- bzw. Unterbestimmtheit. Durch die definiert einstellbare Axialkraft aus der Magnetkupplung ist zudem sichergestellt, dass die axiale Lagerung durch das Festkörperlager in nur eine Richtung ausreichend ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet koaxial angeordnet. Dies ermöglicht in vor- teilhafter Weise eine effiziente Kopplung des ersten und des zweiten Perma- nentmagneten.

Es ist weiter bevorzugt, dass eine Rotationsachse des Rotors und eine Achse des zweiten Permanentmagneten koaxial sind. Hierdurch wird vorteilhafter- weise erreicht, dass der Rotor und der zweite Permanentmagnet symmetrisch angeordnet sind, was auch die Herstellung des Rotors erleichtert.

Es ist weiter bevorzugt, dass eine Rotationsachse der Welle und eine Achse des ersten Permanentmagneten koaxial sind. Hierdurch wird vorteilhafter- weise erreicht, dass die Welle und der erste Permanentmagnet einfach herzu- stellen sind.

Es ist weiter bevorzugt, dass eine Rotationsachse der Welle und eine Rotati- onsachse des Rotors koaxial sind. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Kopplung zwischen dem ersten und dem Permanentmagneten effi- zient ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor einen konusför- migen oder kegelförmigen Teil auf, welcher sich an den hohlzylinderförmigen Teil anschließt. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Achse des Konus und die Rotationsachse des Rotors, welche bevorzugt koaxial mit der Achse des zwei- ten Permanentmagneten ist, koaxial sind. Hierbei schließt sich an den hohlzy- linderförmigen Teil in Richtung des zwischen dem Rotor und dem Gehäuse angebrachten Lagers die Grundfläche des konusförmigen Teils an. Hierbei ist der äußere Umfang der Grundfläche des Konus mit der ringförmigen Öffnung an einem axialen Ende des hohlzylinderförmigen Teils verbunden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Lager am vom Gehäuse abgewandten Ende des Rotors, d. h. am vom Gehäuse abge- wandten Ende des konusförmigen Teils angebracht. Hierbei ist es bevorzugt, dass das Lager zwischen dem Rotor und einem befestigten Bauteil angebracht ist, wobei das befestigte Bauteil bevorzugt mit dem Gehäuse fest verbunden ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor am äu- ßeren Umfang des Rotors, bevorzugt am konusförmigen Teil des Rotors, Schaufeln auf, welche bei Drehung des Rotors eine Flüssigkeit von dem vom Gehäuse abgewandten Ende des Rotors in Richtung des Gehäuses transpor- tiert. Hierbei ist es bevorzugt, dass der Rotor Löcher aufweist, sodass die Flüs- sigkeit von außerhalb des Rotors in einen Spalt, welcher durch die Innenseite des hohlzylinderförmigen Teils des Rotors und eine Außenseite des Gehäuses gebildet wird, angesogen wird, um dann aus dem Inneren des hohlzylinderför- migen Teils des Rotors durch den konusförmigen Teil des Rotors zu dem vom Gehäuse abgewandten Ende des Rotors zu strömen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bilden das erste Lager und das dritte Lager gemeinsam ein kombiniertes axiales und radiales Lager, welches der Aufnahme von Axial- und Radialkräften dient. Bevorzugt weist das kombi- nierte axiale und radiale Lager ein axiales Lager und ein radiales Lager auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste Lager und das dritte Lager zwischen dem Gehäuse und dem Rotor und das zweite Lager am Rotor angeordnet. Bevorzugt ist hierbei das erste und dritte Lager ein kombi- niertes axiales und radiales Lager. Hierbei wird der axiale Versatz des ersten und zweiten Permanentmagneten so eingestellt, dass das Gehäuse in Rich- tung des Rotors und/oder der Rotor in Richtung des Gehäuses gedrückt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist hierbei das kombinierte axiale und radiale Lager ein Festkörperlager, welches bevorzugt eine im Rotor ange- brachten Kugel aufweist, welche in einem am Gehäuse angebrachten Konus rotiert, wodurch sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufgenommen werden können. Bevorzugt weist die Kugel und/oder der Konus als Material monokris- tallinen Korund oder Saphir auf bzw. besteht aus diesem. Diese Materialien bieten sich aufgrund ihrer hohen Verschleißbeständigkeit an.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste Lager und das dritte Lager am Rotor und das zweite Lager zwischen dem Gehäuse und dem Rotor angeordnet.

Bevorzugt sind das erste und dritte Lager an einem vom Gehäuse abgewand- ten Ende des Rotors angebracht. Hierbei ist das erste und dritte Lager zwi- schen dem vom Gehäuse abgewandten Ende des Rotors und einem befestig- ten Bauteil angebracht, wobei das befestigte Bauteil bevorzugt mit dem Ge- häuse fest verbunden ist.

Hierbei bilden das erste und dritte Lager bevorzugt ein kombiniertes axiales und radiales Lager. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist hierbei das kombinierte axiale und radiale Lager ein Festkörperlager, welches bevorzugt eine im Rotor angebrachten Kugel aufweist, welche in einem an dem befestig- tem Bauteil angebrachten Konus rotiert, wodurch sowohl radiale als auch axi- ale Kräfte aufgenommen werden können. Bevorzugt weist die Kugel und/oder der Konus als Material monokristalliner Korund oder Saphir auf bzw. besteht aus ihnen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste und das dritte La- ger durch zwei verschiedene Konstruktionselemente realisiert. Z. B. kann die Axiallagerfunktion durch den Kontakt einer im Rotor angebrachten Kugel oder sonstigen vorzugsweise konvexen Fläche mit einer am Gehäuse befestigten vorzugsweise ebenen Platte realisiert werden. Die Radiallagerfunktion kann z. B. durch ein hydrodynamisches Gleitlager am Umfang des Rotors, bevor- zugt am hohlzylinderförmigen Teil des Rotors auf Höhe des zweiten Perma- nentmagneten, realisiert werden.

Bevorzugt ist das zweite oder dritte Lager ein hydrodynamisches Gleitlager. Bevorzugt ist das zweite oder dritte Lager am Umfang des Rotors angeordnet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse ein Motorge- häuse, welches im Inneren eine drehbar gelagerte Welle und den auf derWelle angeordneten ersten Permanentmagneten aufweist. Es ist weiter bevorzugt, dass in dem Motorgehäuse ein Motor angeordnet ist, welcher die Welle an- treibt. Ferner ist es bevorzugt, dass der Motor durch das Motorgehäuse voll- ständig von der Umgebung abgekapselt ist, so dass ein Eindringen von Flüs sig keit in das Motorgehäuse und den Motor verhindert wird und weiterhin das Austreten von Stoffen aus dem Motorinneren in die umgebende Flüssigkeit vermieden wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist sowohl der erste Perma- nentmagnet als auch der zweite Permanentmagnet jeweils mindestens ein Polpaar auf. Bevorzugt weist hierbei der erste Permanentmagnet dieselbe Pol- paarzahl wie der zweite Permanentmagnet auf. Es ist ferner bevorzugt, dass die Polpaarzahl größer als zwei ist. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass das übertragbare Drehmoment erhöht werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die aus der Kupplung herrüh- rende Axialkraft, d. h. eine magnetische Kraft, welche aus dem Versatz des ersten und zweiten Permanentmagneten resultiert und welche auf den Rotor wirkt, größer als die hydraulische Kraft gewählt. Hierbei wird unter der hydraulischen Kraft eine auf den Rotor wirkende, der Strömungsrichtung ent- gegen wirkende Reaktionskraft verstanden. Durch dieses Merkmal wird vor- teilhafterweise erreicht, dass der Rotor am ersten Lager in Richtung des Ge- häuses gedrückt wird, sodass der Rotor und das Gehäuse am ersten Lager den Kontakt nicht verlieren. Bevorzugt überkompensiert die magnetische Axi- alkraft die Strömungsaxialkraft um einen Sicherheitsfaktor.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die aus der Kupplung herrührende Axialkraft kleiner als die hydraulische Kraft gewählt. Hierbei ist das erste Lager nur im Stillstand in Kontakt. Hierbei ist die hydraulische Kraft auf den Rotor im Nennbetriebspunkt zu verstehen. In diesem Fall ist im Betrieb die axiale Position vollständig durch das Gleichgewicht zwischen magneti- scher und hydraulischer Kraft bestimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist sowohl der erste Perma- nentmagnet als auch der zweite Permanentmagnet jeweils mindestens zwei axiale Segmente auf.

Durch eine Teilung der Radialkupplung, welche durch den ersten und zweiten Permanentmagneten realisiert wird, in zwei oder mehr Segmente in axialer Richtung bei gleichzeitigem axialem Versatz der Segmente zueinander kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die Axialkraft erhöht wird. Bei ver- gleichbaren Maßen, Gesamtlänge und Außendurchmesser, nimmt dadurch das übertragbare Drehmoment ab, was jedoch durch eine axiale Verlängerung der Radialkupplung oder Erhöhung der Polpaarzahl kompensiert werden kann. Somit kann durch die Polpaarzahl, die äußeren Maße und die Unterteilung mit Abständen zwischen den Segmenten sowohl das Drehmoment als auch die Axialkraft eingestellt werden. Die Anzahl der Segmente und der Abstand zwi- schen den Segmenten bestimmt hierbei das Maß der Axial kraft.

Diese Maßnahme kann zum Beispiel ergriffen werden, wenn die Magnetaxial- kraft nicht ausreicht, um die Strömungskraft zuverlässig zu kompensieren. Bevorzugt ist die Segmentanzahl des ersten Permanentmagneten genau so groß wie die Segmentanzahl des zweiten Permanentmagneten. Dies verein- facht die Produktion und erhöht die Symmetrie der Vorrichtung.

Bevorzugt weist der erste Permanentmagnet dieselbe axiale Gesamtlänge wie der zweite Permanentmagnet auf. Hierbei wird unter der axialen Gesamtlänge die Summe aller Segmente und aller Distanzstücke verstanden. Hierbei wird angenommen, dass zwischen einem Segment und einem Distanzstück oder einem anderen Segment keine Lücke vorhanden ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen benachbarten Seg- menten des ersten Permanentmagnets und/oder des zweiten Pemnanentmag- nets jeweils ein Distanzstück angeordnet. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die beiden benachbarten Segmente eines Pemnanent- magneten einen vorgegebenen axialen Abstand zueinander haben. Ferner kann dadurch eine axiale Vorspannung realisiert werden, z. B. um eine defi nierte Axialkraft für eine Lagerfunktion hersteilen zu können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens ein Distanz- stück Kunststoff, Aluminium, Titan oder ein anderes nichtmagnetisches Mate- rial auf oder besteht daraus. Dies hat den Vorteil, dass das Material des Dis- tanzstücks das Magnetfeld nicht oder nur sehr wenig beeinflusst, da das ge- nannte Material nicht ferromagnetisch ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Permanentmag- net eine Vorrichtung zum magnetischen Rückschluss auf. Hierbei ist diese Vorrichtung bevorzugt auf der Außenseite des zweiten Permanentmagneten angeordnet. Neben fertigungstechnischen Vorteilen wird dadurch vorteilhafter- weise erreicht, dass das Drehmoment der Kupplung erhöht wird, da weniger Streufelder verloren gehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Permanentmag- net und/oder der zweite Permanentmagnet eine radiale, parallele oder diametrale Magnetisierung auf. Dies sind übliche Magnetisierungsarten, wel- che der Fachmann an die gegebenen Umstände des Einzelfalls anpassen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Permanentmag- net und/oder der zweite Permanentmagnet einen Permanentmagneten auf, welcher eine Halbach-Anordnung aufweist oder ist, d.h. der insbesondere die Magnet-Konfiguration einer Halbach-Anordnung hat.

Unter einem Permanentmagnet, der die Magnet-Konfiguration einer Halbach- Anordnung hat, wird vorliegend ein Permanentmagnet verstanden, bei dem sich die magnetische Flussdichte auf einer Seite, der sogenannten schwachen Seite gering ist, weil der magnetische Fluss dort im Wesentlichen aufgehoben ist, und auf einer anderen Seite, der sogenannten starken Seite groß ist, weil der magnetische Fluss dort verstärkt ist.

Unter einer Haibach Anordnung werden vorliegend Anordnungen von Magne- ten verstanden, wie sie unter dem Link https://en.wikipedia.org/wiki/Halb- ach_array beschrieben sind, worauf hiermit Bezug genommen und dessen Of- fenbarung in die Beschreibung dieser Erfindung vollumfänglich mit einbezogen wird.

Die Magnet-Konfiguration einer Halbach-Anordnung kann durch permanent- magnetische Segmente gebildet werden, die zusammengesetzt sind und de- ren Magnetisierungsrichtung gegeneinander jeweils um 90° in Bezug auf eine Vorzugsrichtung, z.B. in Bezug auf die Richtung einer Längsachse der Anord- nung gekippt ist. Auf diese Weise lässt sich eine seitenabhängige Flussver- stärkung erzielen. Im Übrigen sei auch auf die einschlägige Fachliteratur be- treffend Halbach-Anordnungen verwiesen.

Bevorzugt ist oder sind der erste Permanentmagnet und/oder der zweite Per- manentmagnet ein Permanentmagnet, welcher eine Halbach-Anordnung auf- weist oder ist. Durch dieses Merkmal wird vorteilhafterweise erreicht, dass der magnetische Fluss auf einer Seite der Halbach-Anordnung konzentriert wer- den kann (starke Seite). Dies ist besonders bei dem zweiten Pemnanentmag- neten, welcher außenliegend angeordnet ist, vorteilhaft, wobei die starke Seite der Halbach-Anordnung des zweiten Pannenmagneten zum ersten Perma- nentmagneten gerichtet ist.

Der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet sind derma- ßen magnetisiert, dass bei Rotation des ersten Permanentmagneten der zweite Permanentmagnet in Rotation versetzt wird und umgekehrt. Diese Ei- genschaft wird benötigt, um ein Drehmoment von dem einen Permanentmag- neten berührungslos auf den anderen Permanentmagneten übertragen zu können.

Bevorzugt bilden der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmag- net zusammen eine magnetische Kupplung, die aufgrund der bevorzugt radial gerichteten Magnetfeldlinien bevorzugt eine Radialmagnetkupplung ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist durch Variation von mindes- tens einem aus der nachfolgenden Liste eine Axialkraft des Rotorlagerungs- systems frei einstellbar. Hierbei weist die Liste auf: eine Polpaarzahl des ers- ten Permanentmagneten und des zweiten Permanentmagneten, die Maße der Segmente des ersten Permanentmagneten, die Maße der Segmente des zweiten Permanentmagneten, Abstände zwischen benachbarten Segmenten des ersten Permanentmagneten und des zweiten Permanentmagneten, Ab- stände zwischen benachbarten Segmenten des magnetischen Rückschlus- ses, axiale Längen von Distanzstücken zwischen Segmenten des ersten Per- manentmagneten und des zweiten Permanentmagneten und Segmenten des magnetischen Rückschlusses, eine Magnetisierung des ersten Pemnanent- magneten, eine Magnetisierung des zweiten Permanentmagneten, eine Strö- mungskraft, welche bei bestimmungsgemäßem Gebrauch auf den Rotor wirkt und einen Versatz des ersten Permanentmagneten gegenüber dem zweiten Permanentmagneten. Der Fachmann versteht, dass die in der Liste genannten Variablen die Axial- kraft beeinflussen. Durch Variation mindestens eines der Werte der Liste, be- vorzugt mehrerer Werte der Liste, kann die Axialkraft innerhalb vorgegebener Grenzen frei eingestellt werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die Axialkraft an die gegebenen Umstände des Einzelfalls ge- eignet angepasst werden kann.

Bevorzugt weist der Rotor mindestens eine Bohrung oder mindestens ein Loch, bevorzugt Bohrungen oder Löcher auf. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass die vom Rotor transportierte Flüssigkeit in einen Zwischenraum oder Spalt zwischen dem Rotor und dem Gehäuse strömen kann. Diese er- möglicht es, dass Wärme abgeführt werden kann, welche z. B. durch Reibung oder durch Wirbelströme in einem möglichen Metallgehäuse erzeugt wird. Weiterhin verhindert der kontinuierliche Fluss des Mediums idealerweise Ab- lagerungen von Festkörperteilen des Mediums im Bereich des Spaltes und des Lagers.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar- gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Rotorlagerungssystem gemäß einer Ausführungs- form der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Aus- führungsform des Rotorlagerungssystems an einer Stelle, wo sich der erste Permanentmagnet, welcher im Gehäuse ange- bracht ist, und der zweite Permanentmagnet, welcher im Rotor angeordnet ist, überlappen.

Fig. 3 und 4 zeigen jeweils ein Rotorlagerungssystem gemäß weiteren

Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 1 zeigt ein Rotorlagerungssystem 1 mit einer berührungsfreien Drehmo- mentübertragung und einer radialen und axialen Lagerung eines Rotors, wel- ches beispielhaft in Form einer Pumpe zur Flerz-Kreislauf-Unterstützung (VAD) ausgeführt ist.

Das Rotorlagerungssystem 1 weist ein Gehäuse 80, hier ein Motorgehäuse, auf, in dem ein erster zylinderförmiger Permanentmagnet 30 auf einer von ei- nem nicht dargestellten Motor angetriebene Welle 106 sitzend um eine erste Achse 105 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 80 hat einen Außendurchmes- ser von 3,5 mm.

Das Rotorlagerungssystem 1 weist ferner einen Rotor 70 zur Förderung einer Flüssigkeit auf, wobei der Rotor 70 einen zweiten hohlzylinderförmigen Per- manentmagneten 40 aufweist, welcher ebenfalls um die erste Achse 105 dreh- bar gelagert ist. Der zweite hohlzylinderförmige Permanentmagnet 40 ist in einem hohlzylinderförmigen Teil 72 des Rotors 70 angebracht.

Der zweite hohlzylinderförmige Permanentmagnet 40 weist an seiner Außen- seite einen magnetischen Rückschluss 50 auf.

Der erste Permanentmagnet 30 hat einen Außendurchmesser von 3 mm, eine Magnethöhe von 1 mm und eine Länge von 5 mm. Der zweite Permanentmag- net 40 hat einen Außendurchmesser von 5 mm, eine Magnethöhe von 0,5 mm und eine Länge von 5 mm. Der Rotor 70 hat einen Außendurchmesser von 5,3 mm, eine Länge von 15 mm.

Der Rotor 70 ist als Laufrad ausgeführt, welcher die durch die Kupplung über- tragene mechanische Leistung in hydraulische Leistung zur Förderung eines Blutstroms gegen einen Blutdruck wandelt.

Der Rotor 70 weist ferner einen konusförmigen oder kegelförmigen Teil 71 auf, welcher sich an den hohlzylinderförmigen Teil 72 anschließt. Der äußere Umfang der Grundfläche des konusförmigen Teils 71 ist mit der ringförmigen Öffnung an einem axialen Ende des hohlzylinderförmigen Teils 72 verbunden.

Der erste Permanentmagnet 30 und der zweite Permanentmagnet 40 überlap- pen sich zumindest teilweise axial im durch Bezugszeichen 160 gekennzeich- neten axialen Bereich.

Hierbei ist der erste Permanentmagnet 30 gegenüber dem zweiten Perma- nentmagneten 40 axial versetzt angeordnet. Die Mitten des ersten Permanent- magneten 30 und des zweiten Permanentmagneten 40 sind durch vertikale gestrichelte Linien markiert, wobei der axiale Versatz 150 zwischen diesen beiden vertikal gestrichelten Linien eingezeichnet ist.

Aufgrund des axialen Versatzes 150 erfährt der zweite Permanentmagnet 40 eine in Fig. 1 nach rechts gerichtete Kraft, so dass eine Kugel 170, welche im Rotor 70 angebracht ist, auf einen im Gehäuse 80 angebrachten Konus 180 gedrückt wird, so dass ein erstes Lager 20 und ein drittes Lager 90, welche hier ein kombiniertes axiales und radiales Lager 190 bilden, in Kontakt gehal- ten wird. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch rotiert die Kugel 170 in dem Konus 180, wodurch sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufgenommen wer- den können. Das kombinierte axiale und radiale Lager 190 ist hier ein Festkör- perlager. Die Kugel 170 ist in dem konusförmigen Teil 71 angebracht. Die axi- ale und radiale Lagerfunktion wird durch die Kombination der beiden Elemente Kugel 170 und Konus 180 erreicht.

Die Kugel 170 hat einen Durchmesser von 0,5 mm. Der Konus 180 hat einen Durchmesser von 1 mm, eine Höhe von 0,8 mm und einen Konuswinkel von 90°.

Die axiale Lagerfunktion des kombinierten Lagers 190 hat die Funktion des ersten Lagers und dient der relativen axialen Positionierung des Rotors 70 und des Gehäuses 80 bzw. der Welle 106 zueinander sowie der Aufnahme einer Axialkraft, welche aus der Anordnung des ersten Permanentmagneten 30 und des zweiten Permanentmagneten 40 resultiert.

Ferner kann bei dem Rotorlagerungssystem 1 die Axialkraft frei eingestellt werden, wodurch die angreifenden Kräfte optimal eingestellt werden können.

Das Gehäuse 80, welches den ersten Permanentmagneten 30 aufweist, ist im Überlappungsbereich 160 sowie in dem Bereich zwischen dem Überlappungs- bereich 160 und dem Rotor 70 vom Rotor 70, insbesondere vom Inneren des hohlzylinderförmigen Teils 72 des Rotors 70 umgeben. Zwischen dem Ge- häuse 80 und dem Rotor 70 bildet sich somit ein hohlzylinderförmiger Kanal 74, durch den die Flüssigkeit strömen kann. Damit Flüssigkeit von außerhalb des konusförmigen Teils 71 des Rotors 70 in den Kanal 74 kontinuierlich strö- men kann, bringt man Bohrungen 200 in dem Rotor 70 an, bevorzugt in dem konusförmigen Teil 71 des Rotors 70, bzw. an einem Übergang des konusför- migen Teils 71 zum hohlzylinderförmigen Teil 72 des Rotors 70. Hierbei deu- ten Pfeile 1 10 die Fließrichtung der Flüssigkeit an.

Ein zweites Lager 10, welches als radiales, hydrodynamisches und blutge- schmiertes Gleitlager ausgeführt ist, ist am vom Gehäuse 80 abgewandten Ende des konusförmigen Teils 71 des Rotors 70 angebracht. Das zweite Lager 10 dient der Aufnahme von Radialkräften und zur Positionierung der Rotati- onsachse des zweiten Permanentmagneten 40, welcher in dem Rotor 70 an- gebracht ist. Hierbei ist das zweite Lager 10 zwischen dem Rotor 70 und einem Einsatz 210 angebracht, welches an einem zweiten Gehäuse 220 in einem ringförmigen Ende befestigt, insbesondere eingeklemmt oder eingepresst, ist, welches wiederum am Gehäuse 80 befestigt ist. Hierbei bildet das zweite Ge- häuse 220 eine äußere Haut des Rotorlagerungssystems 1 , wobei in dem zweiten Gehäuse 220, welches auch Laufradgehäuse genannt werden kann, zahlreiche Ausnehmungen 222 vorhanden sind. Bevorzugt ist der Einsatz 210 ein Lagerstern, welcher in dem zweiten Gehäuse 220 geklebt, verschweißt o- der eingepresst werden kann. Der Lagerstern 210 hat einen Außendurchmes- ser von 6 mm und eine Länge von 3 mm. Das zweite Gehäuse 220 hat einen Außendurchmesser von 6 mm, eine Länge von 18 mm und eine Wandstärke von 0,25 mm.

Das Lager 10 hat einen Durchmesser von 1 mm und eine Länge von 1 mm.

Durch den durch die Konstruktion festgelegten axialen Versatz 150 zwischen den ersten Permanentmagneten 30 und den zweiten Permanentmagneten 40 wirkt im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 eine definierte axiale Kraft auf den Ro- tor 70 in Richtung des Motors, d. h. von links nach rechts im Ausführungsbei- spiel der Fig. 1 . Dieser Kraft entgegen wirkt eine hydraulische Kraft auf den Rotor 70, d. h. von rechts nach links im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 . Vorlie- gend ist die aus der Kupplung des ersten Permanentmagneten 30 und des zweiten Permanentmagneten 40 herrührende Axialkraft leicht größer als die hydraulische Kraft gewählt. Flierdurch wird einerseits sichergestellt, dass der Rotor 70 stets definiert axial positioniert ist und andererseits das kombinierte axiale und radiale Lager 190 nicht unnötig belastet wird, wodurch Reibung und Verschleiß niedrig gehalten werden. Zur Optimierung des Reib- und Ver- schleißverhaltens kann außerdem der Konuswinkel des Konus 180 vergrößert werden, wobei eine ausreichende radiale Tragfähigkeit sicherzustellen ist.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Rotorlagerungssystems 1 an einer Stelle, wo sich der erste Permanentmagnet 30, welcher im Gehäuse 80 angebracht ist, und der zweite Permanentmagnet 40, welcher im hohlzylinderförmigen Teil 72 des Rotors 70 angeordnet ist, axial überlappen. Man erkennt, dass der erste Permanentmagnet 30 auf der vom Motor angetriebenen Welle 106 sitzt, welche um die erste Achse 105 drehbar gelagert ist. Ferner erkennt man, dass der zweite Permanentmagnet 40 ebenfalls um die erste Achse 105 drehbar gelagert ist. Sowohl der erste Permanentmagnet 30 als auch der zweite Per- manentmagnet 40 weisen jeweils zwei Polpaare, d. h. jeweils vier Pole 202, auf, welche jeweils radial magnetisiert sind, was durch kleine Pfeile angedeu- tet ist. Fig. 3 zeigt ein Rotorlagerungssystem 1 in einer ähnlichen Ausführungsform wie das Rotorlagerungssystem 1 der Fig. 1 . Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 darin, dass der erste Permanentmagnet 30, der zweite Permanentmagnet 40 und der magnetische Rückschluss 50 jeweils in zwei axiale Segmente aufgeteilt ist.

Der erste Permanentmagnet 30 weist die Segmente 31 und 32, der zweite Permanentmagnet 40 die Segmente 41 und 42 und der magnetische Rück- schluss 50 die Segmente 51 und 52 auf. Hierbei sind die Segmente 31 ,41 und 51 auf der Motorseite und die Segmente 32, 42 und 52 auf der dem Rotor 70 zugewandten Seite angeordnet.

Zwischen den Segmenten 31 und 32 ist ein hohlzylinderförmiges und nicht magnetisches Distanzstück 130 angeordnet, welches ebenfalls auf der Welle 106 befestigt ist. Ein weiteres hohlzylinderförmiges und nicht magnetisches Distanzstück 130 ist zwischen den Segmenten 41 und 51 einerseits und den Segmenten 42 und 52 andererseits angeordnet.

Die Segmentierung in Kombination mit dem Versatz 150 zwischen den beiden Axialhälften führt zu einer Steigerung der Magnetaxial kraft bei gleichzeitiger Abnahme des übertragbaren Drehmoments. Diese Maßnahme wird vorliegend ergriffen, da die Magnetaxialkraft nicht ausreicht, um die Strömungskraft zu- verlässig zu kompensieren.

Fig. 4 zeigt ein Rotorlagerungssystem 1 in einer ähnlichen Ausführungsform wie das Rotorlagerungssystem 1 der Fig. 1 und 3. Die vorliegende Ausfüh- rungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 darin, dass zum einem die Position des zweiten Lagers 10 mit der Position des ersten Lagers 20 und des dritten Lagers 90 vertauscht sind und zum anderen, dass der axiale Versatz 150 zwischen dem ersten Permanentmagneten 30 und den zweiten Permanentmagneten 40 in die entgegengesetzt andere Richtung zeigt wie in der Ausführungsform der Fig. 1 . Der axiale Versatz 150 beträgt 1 mm in der Ausführungsform der Fig. 4. Der erste Permanentmagnet 30 und der zweite Permanentmagnet 40 überlap- pen sich zumindest teilweise axial im durch Bezugszeichen 160 gekennzeich- neten axialen Bereich. Hierbei ist der erste Permanentmagnet 30 gegenüber dem zweiten Permanentmagneten 40 axial versetzt angeordnet. Die Mitten des ersten Permanentmagneten 30 und des zweiten Permanentmagneten 40 sind durch vertikale gestrichelte Linien markiert, wobei der axiale Versatz 150 zwischen diesen beiden vertikal gestrichelten Linien eingezeichnet ist. Im Ge- gensatz zur Ausführungsform der Fig. 1 ist der erste Permanentmagnet 30 gegenüber dem zweiten Permanentmagneten 40 vom Gehäuse 80 aus gese- hen in Richtung des Rotors 70 axial versetzt. Somit wirkt zwischen den ersten Permanentmagneten 30 und den zweiten Permanentmagneten 40 im Ausfüh- rungsbeispiel der Fig. 4 eine definierte axiale Kraft auf den Rotor 70, welche vom Gehäuse 80 in Richtung des Rotors 70 entlang der Achse 105 gerichtet ist, d. h. von rechts nach links im Ausführungsbeispiel der Fig. 4. In dieselbe Richtung wirkt eine hydraulische Kraft auf den Rotor 70, d. h. ebenfalls von rechts nach links im Ausführungsbeispiel der Fig. 4.

Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass sowohl die magnetische als auch die hydraulische Axialkraft auf den Rotor 70 in dieselbe Richtung zeigen, nämlich stromaufwärts, wodurch der Rotor 70 stets in das kombinierte axiale und radi ale Lager 190 gepresst wird.

Das erste Lager 20 und das dritte Lager 90 bilden hier ebenfalls ein kombinier- tes axiales und radiales Lager 190, welches am vom Gehäuse 80 abgewand- ten Ende des konusförmigen Teils 71 des Rotors 70 angebracht ist. Hierbei ist das kombinierte Lager 190 zwischen dem Rotor 70 und einem Einsatz 210 angebracht, welches an einem zweiten Gehäuse 220 in einem ringförmigen Ende befestigt, insbesondere eingeklemmt, ist, welches wiederum am Ge- häuse 80 befestigt ist. Hierbei wird eine Kugel 170, welche am vom gehäuse- abgewandten Ende des konusförmigen Teils 71 des Rotors 70 angebracht ist, auf einen am Einsatz 210 angebrachten Konus 180 gedrückt. Das zweite Lager 10, welches als radiales, hydrodynamisches Gleitlager aus- geführt ist, dient der Aufnahme von Radialkräften und zur Positionierung der Rotationsachse des zweiten Permanentmagneten 40, welcher in dem Rotor 70 angebracht ist. Das zweite Lager 10 ist hierbei zwischen dem Gehäuse 80 und dem Rotor 70 angeordnet. Im Gegensatz zur Ausführungsform der Fig. 1 weist das Gehäuse 80 der Ausführungsform der Fig. 4 hinter einer zum Rotor 70 hin gewandten Wandung 81 einen zylinderförmigen Zapfen 82 auf, welcher sich in Verlängerung der Welle 106 in Richtung des Rotors 70 fortsetzt. Der Zapfen 82 wird von einer Lagerschale 83 des das zweite Lager 10 bildenden radialen Gleitlagers umgeben.

Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Er- findung festzuhalten:

Die Erfindung betrifft ein Rotorlagerungssystem 1 . Dieses weist ein Gehäuse 80 auf, in dem ein erster Permanentmagnet 30 um eine erste Achse 105 dreh- bar gelagert ist. Ein Rotor 70 zur Förderung einer Flüssigkeit weist einen zwei- ten hohlzylinderförmigen Permanentmagneten 40 auf, welcher um eine zweite Achse drehbar gelagert ist. Der erste Permanentmagnet 30 und der zweite Permanentmagnet 40 überlappen sich zumindest teilweise axial, wobei der erste Permanentmagnet 30 gegenüber dem zweiten Permanentmagneten 40 versetzt angeordnet ist. Im axialen Überlappungsbereich 160 des ersten Per- manentmagneten 30 und des zweiten Permanentmagneten 40 befindet sich das Gehäuse 80 zwischen den beiden Permanentmagneten 30, 40. Ein erstes Lager 20 ist zur relativen axialen Positionierung des Rotors 70 und des Ge- häuses 80 zueinander und der Aufnahme einer Axial kraft eingerichtet, welche aus der Anordnung des ersten Permanentmagneten 30 und zweiten Perma- nentmagneten 40 resultiert und ein zweites Lager 10 und ein drittes Lager 90 sind zur Aufnahme von Radialkräften und zur Positionierung der Rotations- achse des zweiten Permanentmagneten 40 eingerichtet.