CH716144A1

CH716144A1 - Atemtrainingsgerät.

Info

Publication number: CH716144A1
Application number: CH00587/19A
Authority: CH
Inventors: Spengler Christina; Schaer Corina; Stutzer Diego; Maurer Damien; Sallaz Adrian
Original assignee: Idiag Ag
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2020-11-13
Also published as: WO2020221872A1; EP3962612A1

Abstract

Gemäss der Erfindung wird ein Atemtrainingsgerät zur Verfügung gestellt, welches eine Luftführungsanordnung mit einem Mundstück (21) und einem an das Mundstück anschliessenden, verzweigten Luftkanal beinhaltet. Dieser bildet einen Mundstück-Ast (11), an dem das Mundstück angebracht ist, einen ersten Ast (12) und einen zweiten Ast (13) aus. Der erste Ast (12) weist eine Ein-/Austrittsöffnung (45) auf und dient dem Eintritt von frischer Luft und der Abgabe verbrauchter Luft. Der zweite Ast (13) weist einen flexiblen Luftbehälter (31), beispielsweise einen flexiblen Luftbeutel, auf, welcher dem Speichern von ausgeatmeter Luft zwecks erneutem Einatmen dieser durch den Benutzer dient. Das Gerät weist ein erstes elektrisch angesteuertes Ventil (41) und ein zweites elektrisch angesteuertes Ventil (42) auf, wobei das erste und das zweite Ventil so angeordnet sind, dass der Luftweg zwischen dem Mundstück (21) und der Ein-/Austrittsöffnung (45) sowie der Luftweg zwischen dem Mundstück (21) und dem Luftbehälter (31) je unabhängig voneinander geöffnet oder geschlossen werden können und ein Durchflusswiderstand mindestens zwischen Mundstück (21) und Ein-/Austrittsöffnung (45) einstellbar ist.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Trainieren der Atmungsfunktion.

[0002] Atemtrainingsgeräte dienen insbesondere dazu, die Atmungsmuskulatur zu trainieren, insbesondere zu therapeutischen Zwecken oder zum Steigern der Atmungsleistung beispielsweise für den Leistungssport.

[0003] Aus der WO 02/081034 ist ein Atemtrainingsgerät dieser Art bekannt. Es weist ausgehend von einem Mundstück einen verzweigten Luftkanal aus. Ein erster Ast weist ein Kolbenventil auf und dient dem Ansaugen von Frischluft beziehungsweise dem Abgaben verbrauchter Luft. Ein zweiter Ast ist mit einem flexiblen Luftbeutel verbunden. Beim Ausatmen wird zuerst der Luftbeutel mit ausgeatmeter Luft gefüllt. Erst wenn dieser voll ist und ein gewisser, am Kolbenventil einstellbarer Überdruck im Innern des Geräts erreicht ist, öffnet das Kolbenventil, und weitere Luft strömt über den ersten Ast nach draussen. Umgekehrt wird beim Einatmen zuerst die Luft aus dem Luftbeutel eingeatmet, und erst bei einem Unterdruck im Gerät öffnet das Kolbenventil, wodurch Umgebungsluft angesaugt wird. In einer in WO 02/081034 beschriebenen Ausführungsform weist der erste Ast zwei Kolbenventile auf, von denen eines der Steuerung der Eintrittsmenge frischer Luft in den Luftkanal eines der Steuerung der Austrittsmenge verbrauchter Luft aus dem Luftkanal dient.

[0004] Die Ausgestaltung des Atemtrainingsgeräts mit Luftbeutel dient dazu, im Rahmen des Ausdauertrainings zu vermeiden, dass die CO2-Konzentration im Blut der trainierenden Person zu stark abnimmt (Hyperventilation). Die Anpassung an die Eigenschaften der trainierenden Person - insbesondere die Kapazität der Lunge der trainierenden Person - erfolgt über die Wahl der Grösse des Luftbeutels.

[0005] Dieses Atemtrainingsgerät funktioniert sehr gut. Es wäre jedoch wünschenswert, ein Atemtrainingsgerät zur Verfügung zu haben, welches noch flexibler in der Anwendung und Handhabung ist.

[0006] Gemäss einem Aspekt der Erfindung wird ein Atemtrainingsgerät zur Verfügung gestellt, welches eine Luftführungsanordnung mit einem Mundstück und einem an das Mundstück anschliessenden verzweigten Luftkanal mit einem Mundstück-Ast, an dem das Mundstück angebracht ist, einem ersten Ast und einem zweiten Ast. Der erste Ast weist eine Ein-/Austrittsöffnung auf und dient dem Eintritt von frischer Luft und der Abgabe verbrauchter Luft. Der zweite Ast weist einen flexiblen Luftbehälter, beispielsweise einen flexiblen Luftbeutel, auf, welcher dem Speichern von ausgeatmeter Luft zwecks erneutem Einatmen dieser durch den Benutzer dient. Gemäss einem Aspekt der Erfindung zeichnet sich das Atemtrainingsgerät dadurch aus, dass es ein erstes elektrisch angesteuertes Ventil und ein zweites elektrisch angesteuertes Ventil aufweist, wobei das erste und das zweite Ventil so angeordnet sind, dass der Luftweg zwischen dem Mundstück und der Ein-/Austrittsöffnung sowie der Luftweg zwischen dem Mundstück und dem Luftbehälter je unabhängig voneinander geöffnet oder geschlossen werden können und ein Durchflusswiderstand mindestens zwischen Mundstück und Ein-/Austrittsöffnung einstellbar ist.

[0007] Zu diesem Zweck ist mindestens eines der beiden Ventile ein einstellbares Ventil. Es können insbesondere beide Ventile einstellbar sein.

[0008] Im vorliegenden Text bezeichnet der Begriff „einstellbares Ventil“ generell ein Steuerorgan, durch welches der Volumenstrom eines Fluids, also einer Flüssigkeit oder eines Gases, gesteuert werden kann. Der Begriff „einstellbares Ventil“ ist also entsprechend der englischen Bedeutung „control valve“ zu verstehen und bedeutet keine Einschränkung auf eine bestimmte Bauweise des Steuerorgans. Insbesondere kann das einstellbare Ventil auch in einer der Bauarten gefertigt sein, die manchmal als „Klappe“, „Schieber“, „Hahn“ oder „Ventil im engeren Wortsinn“ etc. bezeichnet werden. Die Einstellbarkeit kann stetig im engeren Wortsinn oder näherungsweise stetig durch zur-Verfügung-Stellen von vielen Stufen sein. Ein Beispiel eines annähernd stetig einstellbaren Ventils ist ein Ventil mit einer Klappe oder einem anderen Steuerkörper, der durch einen Schrittmotor zwischen zwei Extrempositionen bewegt wird.

[0009] Einstellbare Ventile unterscheiden sich von „on/off“-Ventilen, welche nur eine Einstellung zwischen zwei Schaltzuständen, bspw. „offen“ und „geschlossen“, ermöglichen.

[0010] Die Ansteuerung des ersten und zweiten Ventils erfolgt über eine Steuerungseinheit, welche nebst der Ansteuerung der Ventile auch weitere Funktionen haben kann und welche insbesondere auch die Sensoren ausliest etc. Die Steuerungseinheit ist in diesem Text als funktionelle Einheit zu verstehen. Sie kann eine physische Entität, bspw. ein Chip oder eine Platine mit mehreren Chips und/oder anderen elektronischen Komponenten sein. Sie kann aber auch physisch auf verschiedene Vorrichtungen verteilt ausgebildet sein, bspw. indem ein Sensorchip (oder ähnlich) teilweise Funktionen übernimmt, die hier der Steuerungseinheit zugerechnet werden.

[0011] Es sind insbesondere folgende Anordnungen von erstem und zweitem einstellbarem Ventil denkbar: Gemäss einer ersten möglichen Anordnung ist das erste einstellbare Ventil im ersten Ast und das zweite einstellbare Ventil (oder unter Umständen ein zweites Ventil, welches nicht einstellbar sondern ein „on/off“- Ventil ist) im zweiten Ast angeordnet, d.h. beide Ventile sind vom Mundstück aus gesehen auf der entfernten Seite der Verzweigung der Luftführungsanordnung angeordnet. Beide einstellbaren Ventile können dann in an sich einfacher Art durch Vergrösserung oder Verkleinerung des Durchflussquerschnitts - bis hin zu einem geschlossenen Zustand mit Durchflussquerschnitt 0 - steuern.

[0012] Gemäss einer zweiten möglichen Anordnung befindet sich ein erstes einstellbares Ventil in Bezug auf das Mundstück vor der Verzweigung und kann einen Gesamt-Durchflussquerschnitt steuern. Ein zweites einstellbares Ventil ist dann als Wegeventil ausgebildet und kann in einem Zustand, in welchem es eine Verbindung zwischen erstem Ast und Mundstück-Ast freigibt und eine Verbindung zwischen zweitem Ast und Mundstück-Ast sperrt, einen Zustand, in welchem es beide Verbindungen zulässt, in einen Zustand in dem es eine Verbindung zwischen erstem Ast und Mundstück-Ast sperrt und eine Verbindung zwischen zweitem Ast und Mundstück-Ast freigibt, sowie in dazwischen liegende Zustände gebracht werden.

[0013] Gemäss einer dritten Möglichkeit ist das erste einstellbare Ventil ein solches Wegeventil und das zweite einstellbare Ventil ist ein den Durchflussquerschnitt steuerndes Ventil in einem der beiden Äste. Auch eine solche Anordnung erlaubt letztlich durch Zusammenspiel der beiden einstellbaren Ventile das unabhängige Öffnen oder Schliessen der beiden genannten Luftwege.

[0014] Es ist auch nicht ausgeschlossen, dass zusätzlich zu den erwähnten zwei Ventilen mindestens ein weiteres ansteuerbares Ventil vorhanden ist. Insbesondere kann bspw. ein Überdruckventil vorhanden sein. Ein solches macht bspw. speziell Sinn im zweiten Ast, weil durch einen äusseren Druck auf den flexiblen Behälter der Druck im Innern der Luftführungsanordnung in erwünschter oder unerwünschter Weise stark erhöht werden kann. Ein Überdruckventil bewahrt die verwendeten Bauteile vor Schäden.

[0015] Durch die von der Steuerungseinheit ansteuerbaren Ventile kann das Atemtrainingsgerät in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. Besonders vorteilhaft kann das in Kombination mit einem CO2-Sensor, einem Flusssensor und/oder einem Drucksensor sein.

[0016] Beispielsweise kann in einem Ausdauertraining-Betrieb der Luftweg zwischen Mundstück und flexiblem Behälter mindestens teilweise offen sein, während der Luftweg zwischen Mundstück und Ein-/Austrittsöffnung teilweise geschlossen ist (d.h. der Durchflusswiderstand ist hoch und/oder dieser Luftweg ist zeitweise ganz zu). In diesem Betrieb wird dem Benutzer ein Ein- und Ausatmen mit hoher Atemfrequenz ermöglicht ohne dass eine Hypokapnie eintritt, da in diesem Betrieb ein grosser Teil der ausgeatmeten Luft wieder eingeatmet wird. Der Anteil dieser Luft und der Frischluft kann über eine Einstellung mindestens des Durchflusswiderstands auf dem Luftweg zwischen Mundstück und Ein-/Austrittsöffnung und beispielsweise insbesondere durch die individuelle Einstellung des Durchflusswiderstandes durch beide Äste gesteuert werden. Besonders günstig ist dabei, wenn über die Steuerungseinheit ein Regelkreis gebildet wird, bei welchem der gemessene CO2-Gehalt (bspw. exspiratorisch, insbesondere endexspiratorisch) als Regelgrösse verwendet wird.

[0017] In einem Krafttrainings- und/oder Kraftmessbetrieb ist hingegen der Luftweg zwischen Mundstück und flexiblem Behälter geschlossen, und der Luftweg zwischen Mundstück und Ein-/Austrittsöffnung entweder ganz geschlossen, bis ein gewisser Druck erreicht wird (Schwellenwert), oder so teilweise geschlossen, dass der Durchflusswiderstand erheblich ist.

[0018] In beiden Betriebsarten wie auch in den nachstehend beschriebenen weiteren Betriebsarten (allenfalls mit Ausnahme der Spirometrie, bei welcher solches kein Bedürfnis ist) können Training und/oder Messungen sowohl die Exspiration als auch die Inspiration betreffen. Auch sind die Durchflusswiderstände während Exspiration und Inspiration verschieden wählbar.

[0019] Die Steuerungseinheit ist also insbesondere eingerichtet, die genannten Ventile sowohl währen einer Inspirationsphase als auch während einer Exspirationsphase anzusteuern.

[0020] Ein besonderer Weg, die Vorteile des erfindungsgemässen Vorgehens mit dem mindestens einen durch die Steuerungseinheit ansteuerbaren und einstellbaren Ventil zu nutzen, ist das zur-Verfügung-Stellen eines Vibrationsbetriebs. Es hat sich gezeigt, dass ein Vibrations-Atemtraining besonders beim Lösen von Verschleimungen der Atemwege vorteilhaft ist. Im Vibrationsbetrieb wird das einstellbare Ventil beziehungsweise wird mindestens eines der einstellbaren Ventile oder werden beide einstellbaren Ventile in einem Vibrationsmodus betrieben, in welchem der Durchflusswiderstand periodisch in einer Vibrationsfrequenz geändert wird, bspw. zwischen einem sehr hohen Wert (Durchflussquerschnitt 0 oder nahe bei 0) und einem moderaten Wert. Dadurch wird eine oszillierende Druckamplitude während des Aus- bzw. Einatmens mit einer entsprechenden Vibrationsfrequenz ermöglicht, was die erwähnten vorteilhaften Eigenschaften mit sich bringt. Als günstige Vibrationsfrequenzen haben sich Frequenzen von unter 50 Hz aber von über 5 Hz herausgestellt; besonders günstig sind Frequenzen um 20 Hz bis 25 Hz.

[0021] Falls - was in vielen Ausführungsformen der Erfindung der Fall ist - beide Ventile einstellbar sind, können in der Betriebsart Vibrationstraining insbesondere beide Ventile vibrieren, und zwar bevorzugt im Gleichtakt.

[0022] Weitere Betriebsarten sind möglich. Bspw. kann beim Vorhandensein eines Flusssensors ein Gesamtvolumen der während einer einzelnen Exspirationsphase oder auch über mehrere Exspirationsphasen hinweg ausgeatmeten Luft ermittelt werden und so eine spirometrische Messung durchgeführt werden.

[0023] Ergänzend oder alternativ sind aufgrund des erfindungsgemässen Vorgehens mit dem mindestens einen durch die Steuerungseinheit ansteuerbaren und einstellbaren Ventil auch Betriebsarten nach Bedarf möglich, bspw. die Betriebsart „Intervalltraining“ mit in einstellbaren Intervallen ändernden Betriebsparametern, oder benutzerdefinierte Betriebsarten.

[0024] Das einstellbare Ventil bzw. mindestens eines der einstellbaren Ventile kann ein Klappenventil sein; insbesondere können beide Ventile (d.h. das erste und das zweite ansteuerbare Ventil) Klappenventile sein. Klappenventile der hier beschriebenen Art weisen eine Klappe auf, die innerhalb der Luftführungsanordnung um eine Drehachse schwenkbar ist und auf diese Art den Durchflussquerschnitt von Luftwegen schliessen oder stetig/graduell vergrössern oder verkleinern kann.

[0025] Als besonders günstig haben sich Klappenventile herausgestellt, deren Drehachse ungefähr durch den Schwerpunkt der Klappe führt, die also ungefähr in der Mitte der Klappe angeordnet ist. Bei diesen muss für ein Betätigen des jeweiligen Ventils keine träge Masse verschoben werden, so dass sie besonders leichtgängig sind und sich besonders gut für sehr rasche Anpassungen des Durchflussquerschnitts bzw. für ein sehr rasches Öffnen/Schliessen des Luftwegs eignen. Solche Klappenventile mit Drehachse durch den Schwerpunkt eignen sich besonders für Anordnungen, in denen sie je in einem Röhrenabschnitt - mit rundem oder unrundem Querschnitt des Lumens in der Röhre - angeordnet sind, wobei der Röhrenquerschnitt bspw. unmittelbar vor und unmittelbar hinter der Klappe bspw. konstant ist.

[0026] Insbesondere eigenen sich solche Klappenventile mit Drehachse durch den Schwerpunkt besonders für Ausführungen, bei denen das erste Ventil im ersten Ast und das zweite Ventil im zweiten Ast angeordnet ist.

[0027] Der Antrieb des Klappenventils erfolgt insbesondere elektrisch, über einen geeigneten Motor. Schrittmotoren haben sich als besonders geeignet herausgestellt.

[0028] Wie bereits angedeutet weist das erfindungsgemässe Atemtrainingsgerät beispielsweise einen CO2-Sensor auf. Ein solcher soll insbesondere dazu eingerichtet und entsprechend angeordnet sein, den CO2-Gehalt der ausgeatmeten und/oder eventuell der eingeatmeten Luft zu messen. Die Messung muss dabei nicht in einem numerischen Wert für den prozentualen CO2-Gehalt resultieren. Es reicht, wenn ein Messwert ermittelt ist, der eindeutig mit dem CO2-Gehalt korreliert und der die Regelung des einstellbaren Ventils/der einstellbaren Ventile so ermöglicht, dass der CO2-Gehalt auf einem gewissen Bereich eingeregelt werden kann. In diesem Text werden solche Messungen, die einen mit dem CO2-Gehalt korrelierenden Wert produzieren, auch nicht notwendigerweise ein numerischer Wert für den prozentualen CO2-Anteil in der Luft ermittelt wird, ebenfalls als Messungen des CO2-Gehalts bezeichnet.

[0029] CO2-Sensoren sind an sich bekannt, und die vorliegende Erfindung eignet sich für die Verwendung von CO2-Sensoren unterschiedlichster Bauart. Gemäss besonderen Ausführungsformen macht sich die Erfindung jedoch einen für Geräte der erfindungsgemässen Art bestehenden Zusammenhang zunutze und schlägt vor, das Gerät mit einem CO2-Sensor einer besonders ökonomischen, neu entwickelten Bauart zu verwenden.

[0030] Diese Ausführungsformen fussen erstens auf der Erkenntnis, dass die Wärmeleitfähigkeit von mit Feuchtigkeit gesättigter Luft von der CO2-Konzentration in dieser Luft abhängt. Zweitens beruht sie auf der Erkenntnis, dass die ausgeatmete Luft (insbesondere, aber nicht nur endexspiratorisch) sowohl eine bekannte Luftfeuchtigkeit (von 100%) als auch eine bekannte Temperatur (Körpertemperatur) hat. Wenn alle anderen Parameter konstant gehalten werden, wird daher die von einem geheizten oder gekühlten Körper abgeleitete bzw. diesem zugeleitete Wärme vom CO2-Gehalt der Luft abhängen. Insbesondere wird die von einem Heizdraht abgeleitete Wärme von diesem CO2-Gehalt abhängen. Vor diesem Hintergrund wird für Ausführungsformen vorgeschlagen, einen Anteil der ausgeatmeten Luft abzuzweigen, mit konstantem Fluss. Eine Messzelle beinhaltet dann ein Heizelement, bspw. Heizdraht. Das Heizelement wird während der Messung geheizt.

[0031] Die benötigte Heizleistung in Relation zur erreichten Temperatur in einem stationären Zustand ist ein Mass für die Konvektionskühlung, welcher das Heizelement unterworfen ist, wenn es von der ausgeatmeten Luft mit konstantem Fluss durchströmt wird. Dabei kann die Temperatur des Heizelements direkt gemessen oder auf einen bestimmten gewünschten Wert geregelt werden, oder auch indirekt, bspw. indem der elektrische Widerstand ein Mass für die Kühlung ist. Das Ergebnis der Messung ist als Mass für den CO2-Gehalt verwendbar. Es kann bspw. die Leistung konstant gehalten werden, und der elektrische Widerstand (Mass für die Temperatur) als Messgrösse verwendet werden, oder umgekehrt der Stromdurchfluss durch das Heizelement so geregelt werden, dass nach einer kurzen Startrampe der elektrische Widerstand als Mass für die Temperatur konstant gehalten wird und die benötigte Leistung (Mass für den Wärmewegtransport) als Messgrösse verwendet wird. Auch andere Konfigurationen sind denkbar, bspw. mit konstantem Strom durch das Heizelement (Spannung als Messgrösse), konstanter Spannung (Strom bzw. Leistung bzw. Widerstand als Messgrösse), etc. Aus der jeweiligen Messgrösse kann anhand abgespeicherten Resultaten von Eichmessungen ein CO2-Gehalt berechnet werden, und dieser dann als die Regelgrösse verwendet werden. Alternativ kann - einfacher - auch direkt die Messgrösse oder eine andere daraus abgeleitete Grösse als Regelgrösse verwendet werden.

[0032] Diese Methodik der Messung des CO2-Gehalts bedingt wie erwähnt, dass der Fluss des abgezweigten Luftanteils konstant ist - ansonsten hängt die benötigte Leistung auch - kritisch - vom Fluss durch die Messzelle ab. Dies wird bewerkstelligt, indem erstens eine Durchflussöffnung, durch welche die Luft in den Seitenast mit der Messzelle gelangt, ausreichend klein gehalten wird, damit sich nicht Druckschwankungen im betreffenden Ast (bspw. Mundstück-Ast) der Luftführungsanordnung in Flussänderungen niederschlagen. Anderseits kann das bewerkstelligt werden, indem zusätzlich die Luft durch eine Pumpe durch den Seitenast gefördert wird, wobei die Pumpe eine konstante Pumpleistung aufweist.

[0033] Eine solche Pumpe läuft bspw. konstant oder auch nur während einer Messphase. Eine solche Messphase ist insbesondere so gewählt, dass der CO2-Gehalt jeweils endexspiratorisch gemessen wird. Dieser Zeitpunkt ist durch die Steuerungseinheit insbesondere anhand der Resultate der Flussmessung ermittelbar, die nachstehend noch erklärt wird. Die Flussmessung erlaubt erstens eine klare Unterscheidung zwischen Inspirations- und Exspirationsphase und zweitens ermöglicht sie die Bestimmung des Zeitpunkts, an welchem der exspirierte Luftfluss am Ende der Exspirationsphase zurückgeht.

[0034] Das Gerät weist vorzugsweise auch einen Flusssensor auf. Ein solcher kann auf irgendeinem der vielen bekannten Messprinzipien zur Messung des Gasflusses beruhen. Gemäss einer Ausführungsform entspricht der Flusssensor einem ähnlichen Prinzip wie der vorstehend erwähnte CO2-Sensor (wobei die Messprinzipien des Flusssensors und des CO2-Sensors unabhängig voneinander gewählt werden können, d.h. es müssen bspw. nicht beide Sensoren auf diesem Messprinzip beruhen, sondern das kann auch für nur den eine oder den anderen der beiden oder für gar keinen der Fall sein.

[0035] Gemäss der genannten Ausführungsform weist der Flusssensor ein Heizelement, beispielsweise Heizdraht, auf, welches mit einer bekannten, vorgegeben oder gemessenen, Leistung geheizt wird. Bei konstanter Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur hängt die zum Halten bei einer bekannten (direkt oder indirekt gemessenen bzw. geregelten) Temperatur benötigte Heizleistung in erster Linie vom Fluss ab, vorausgesetzt die Strömung ist laminar. Eine zusätzliche Abhängigkeit von der CO2-Konzentration, die im möglichen CO2-Sensors ja nutzbar ist, kann gemäss einer ersten Option als vernachlässigbar betrachtet werden, da durch Flussänderungen bewirkte Änderungen der Heizleistung in Relation zur Temperatur viel stärker ins Gewicht fallen als solche durch Änderungen der CO2-Konzentration im interessierenden Bereich. Gemäss einer zweiten Option kann diese Abhängigkeit rechnerisch kompensiert werden, in Ausführungsformen, in denen ein für die CO2-Konzentration charakteristischer Wert aus der CO2-Messung bekannt ist. Wie bei allen Flussmessungen ist das Resultat dieser Messung druckabhängig, diese Abhängigkeit kann rechnerisch kompensiert werden mit dem gemessenen Druck (siehe die nachstehende Beschreibung der Druckmessung).

[0036] Zusammen mit dem Flusssensor weist die Vorrichtung beispielsweise eine diesem vorgeschaltete Laminiarisierungseinrichtung auf, welche die Luftströmung beim Durchströmen des Flusssensors laminarisiert indem sie eventuelle Wirbelbildung verhindert. Solche Laminarisierungseinrichtungen können insbesondere Strukturen von vielen parallel verlaufenden röhrenartigen Elementen aufweisen, bspw. in Wabenform.

[0037] Weiter weist das erfindungsgemässe Gerät in Ausführungsformen beispielsweise einen Drucksensor auf. Ein solcher kann in an sich bekannter Art ausgestaltet sein und bspw. im Mundstück-Ast oder in einem (weiteren) von diesem abgezweigten Seitenast angeordnet sein.

[0038] Die Steuerungseinheit kann nebst den bereits beschriebenen Funktionen insbesondere auch ein Benutzerinterface aufweisen oder ermöglichen. Zu diesem Zweck weist es bspw. eine Schnittstelle auf, über die sie mit einem externen Gerät - typischerweise einen Computer (Server, Desktop, Laptop, Tablet, Smartphone etc.) - und/oder mit einem dedizierten Benutzerinterface, bspw. einem Bildschirm für die Anzeige eines Benutzerfeedbacks, kommunizieren kann.

[0039] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder analoge Elemente. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine Ansicht eines erfindungsgemässen Geräts; <tb>Fig. 2<SEP>eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemässen Geräts; <tb>Fig. 3 und 4<SEP>das Gerät gemäss Fig. 2 in verschiedenen Zuständen während der Expirationsphase bzw. während der Inspirationsphase; <tb>Fig. 5<SEP>ein Blockschema eines Geräts; <tb>Fig. 6-8<SEP>schematisch je ein alternatives Gerät; <tb>Fig. 9<SEP>schematisch ein Detail eines CO2-Sensors; <tb>Fig. 10<SEP>ein Detail eines Drucksensors; und <tb>Fig. 11<SEP>eine Feedback-Anzeige für Kraftmessungen.

[0040] Figur 1zeigt ein Atemtrainingsgerät 1 der erfindungsgemässen Art in einer Ansicht. Eine Luftführungsanordnung 10 ist ein System von verzweigten Rohren. Die Rohre bilden einen Mundstück Ast 11, der von einem Mundstück 21 ausgeht, einen ersten Ast 12 und einen zweiten Ast 13 aus. Der zweite Ast mündet in einen flexiblen Luftbehälter 31. Im Innern eines Gehäuses 20 sind nachstehend noch eingehender beschriebene Elemente einer Steuerung und eventuell auch Elemente der ebenfalls nachstehend beschriebenen Sensorik angeordnet.

[0041] Wie man insbesondere in der schematischen Darstellung inFigur 2sieht, bildet der erste Ast 12 eine Ein-/Austrittsöffnung 45 aus, die noch mit (in den Figuren nicht dargestelltem) Filter oder ähnlich versehen sein kann. Sowohl im ersten Ast 12 als auch im zweiten Ast 13 ist je ein erstes beziehungswiese zweites einstellbares Ventil 41 bzw. 42 angeordnet.

[0042] Die einstellbaren Ventile sind als Klappenventile ausgebildet, d.h. sie weisen eine je Klappe 48 auf, welche um eine Drehachse 49 zwischen einem den entsprechenden Ast freigebenden Zustand und einem sperrenden Zustand schwenkbar ist. Dabei können auch Zustände zwischen diesen beiden Extremen eingenommen werden, so dass der für die Luftströmung zur Verfügung stehende Querschnitt einstellbar ist, was eine Einstellung des Volumenstroms (bei vorgegebener Druckdifferenz) ermöglicht. In der Ausführungsform von Fig. 2 sind die Klappenventile so ausgebildet, dass die Drehachse auf dem Schwerpunkt der Klappen liegt, was die vorstehend erläuterten Vorteile mit sich bringt.

[0043] In Fig. 2 ist das erste einstellbare Ventil 41 in der Freigabeposition gezeichnet, während das zweite einstellbare Ventil 42 sperrt.Figur 3zeigt eine Konfiguration, in welcher das erste Klappenventil nur leicht öffnet und also nur einen kleinen Durchfluss ermöglicht, während das zweite Klappenventil 42 ganz geöffnet ist. Gezeigt die Konfiguration während der Benutzer ausatmet, wodurch die ausgeatmete Luft grösstenteils in den flexiblen Behälter 31 strömt und zu einem kleinen Teil durch die Ein-/Austrittsöffnung 45 aus dem Gerät strömt.Figur 4zeigt eine Konfiguration, in welcher beide einstellbaren Ventile 41, 42 teilweise geöffnet sind, und zwar während des Prozesses des Einatmens durch den Benutzer. Die beiden teilweise geöffneten Klappenventile sorgen für ein gewisses, durch die Stellung der Klappen einstellbares, Verhältnis zwischen verbrauchter und frischer eingeatmeter Luft, wodurch, wie nachstehend noch eingehender beschrieben, unter Nutzung eines geeigneten Sensors der CO2-Gehalt in der Luft regelbar wird.

[0044] In Fig. 2 sind schematisch auch je ein CO2-Sensor 51, ein Drucksensor 52 und ein Flusssensor 53 gezeichnet.

[0045] Ausserdem sieht man in Fig. 2 - ebenfalls schematisch - eine Lamiminierungsanordnung 57 im Mundstück. Eine solche kann bspw. eine Anordnung von parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Wänden aufweisen, welche eine Wabenstruktur ausbilden, d.h. im Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung (d.h. in Fig. 2 auch senkrecht zur Zeichenebene) ein Muster von sechseckigen Zellen ausbilden. Durch die Laminarisierungsierungseinrichtung - welche auch eine andere physische Struktur als eine Wabenstruktur aufweisen kann - wird die Strömung der ausgeatmeten Luft laminarisiert, was wie in diesem Text beschrieben zur Messbarkeit der Gasflusses beiträgt. Ebenfalls in Fig. 2 sichtbar ist ein optionales Bakterienfilter 56.

[0046] Die genannten Sensoren sind mit einer Steuerungseinheit des Geräts verbunden, und sie werden über diese ausgelesen. Das kann geschehen, indem das Sensorsignal mit oder ohne vorgängige A/D-Wandlung in die Steuerungseinheit eingespeist und dort ausgewertet wird. Das schliesst die Möglichkeit mit ein, dass den Sensoren elektronische Komponenten zugeordnet sind, welche Schritte dieser Auswertung selbst vornehmen und welche von ihrer Funktion her daher der Steuerungseinheit 60 zuzuordnen sind.

[0047] Figur 5zeigt schematisch einen Aufbau der Steuerungs- und Regelungskomponenten. Die Steuerungseinheit 60 ist als funktionelle Einheit zu verstehen. Sie kann eine physische Entität, bspw. ein Chip oder eine Platine mit mehreren Chips und/oder anderen elektronischen Komponenten, sein. Sie kann aber auch physisch auf verschiedene Vorrichtungen verteilt ausgebildet sein, bspw. indem ein Sensorchip (oder ähnlich) gleich einen Teil der Steuerungseinheit bildet indem er bspw. direkt ein Regelsignal produziert. Die Steuerungseinheit steuert Schrittmotoren 47 an, durch welche die Klappen 48 der Klappenventile 41, 42 bewegt werden. Daneben weist die Steuerungseinheit eine Schnittstelle 61 zur Kommunikation mit einem externen Gerät, bspw. einem Computer 63 (Desktop, Laptop, Tablet, Smartphone etc.) mit entsprechender Software, einer dedizierten Bedienkonsole oder einem Benutzerinterface auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ausserdem eine Benutzeranzeige 64 vorhanden, welche, bspw. über den Computer (bzw. die Bedienkonsole) oder auch direkt von der Steuerungseinheit herkommend, ein Feedback für den Benutzer des Atemtrainingsgeräts dargestellt werden kann.

[0048] Das Vorgehen mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Ventilen ermöglicht verschiedene Betriebsarten. Einige davon werden nachstehend kurz diskutiert.

[0049] Ausdauertraining: In dieser Betriebsart werden die einstellbaren Ventile (im dargestellten Beispiel Klappenventile 41, 42) beim Ausatmen so eingestellt, dass ein grosser Teil der ausgeatmeten Luft (zunächst die gesamte ausgeatmete Luft) im flexiblen Behälter 31 gesammelt wird. Ist der flexible Behälter 31 gefüllt - auch abhängig von der Behältergrösse - öffnet sich ein Über- und Unterdruckventil 71, welches zwischen flexiblem Behälter 31 und dem Ventil 41 des entsprechenden Arms angebracht ist, und die weiter ausgeatmete Luft strömt aus, wie in Fig. 3 dargestellt. Beim Einatmen wird umgekehrt aufgrund der Einstellung der einstellbaren Ventile die im Behälter vorhandene Luft mindestens zum grössten Teil wieder eingeatmet, ergänzt durch frische Luft von der Ein-/Ausgangsöffnung 45 (Fig. 4). Die Einstellung der einstellbaren Ventile erfolgt so, dass sich die gemessene end-exspiratorische CO2-Konzentration auf einen Wert einstellt, welcher zum Beispiel im normokapnischen Bereich (4.5-6% CO2endexspiratorisch) liegt. Sollte die Luft im flexiblen Beutel für die Einatmung nicht ausreichen öffnet sich das Über- und Unterdruckventil 71 um den Durchflusswiderstand nicht zu verändern. Das Gerät bildet also einen Regelkreis, in welchem die Regelgrösse die CO2-Konzentration ist die Einstellung des ersten einstellbaren Ventils (erstes Klappenventil 41 im dargestellten Beispiel) oder die Einstellungen beider einstellbaren Ventile, die Stellgrösse(n) bilden. Je nach gewünschten Parametern und je nach Grösse des flexiblen Behälters 31 kann in der Betriebsart „Ausdauertraining“ das zweite Ventil 42 auch konstant offen sein und muss daher nicht ein einstellbares Ventil sein. Bevorzugt ist jedoch auch das zweite Ventil ein einstellbares Ventil, wodurch eine Einstellung der Anteile der von verbrauchter und frischer Luft während eines ganzen Atemzuges besser ermöglicht wird. In dieser Ausführung kann übrigens ein in Echtzeit über die Benutzeranzeige 64 angezeigtes Feedback besonders wertvoll sein um die Atemtiefe, Atemfrequenz und die Trainingsdauer zu regulieren.

[0050] Die Funktionen des Überdruckventils und des Unterdruckventils sind im beschriebenen Ausführungsbeispiel in einem einzigen Element, dem erwähnten Über- und Unterdruckventil 71 realisiert. Sie können aber auch durch je ein eigenständiges Über- bzw. Unterdruckventil implementiert sein.

[0051] Krafttraining: In der Betriebsart „Krafttraining“ ist das zweite einstellbare Ventil (zweites Klappenventil 42) geschlossen. Das erste einstellbare Ventil wird bspw. so gestellt, dass es mindestens während des Ausatmens einen gewissen, verhältnismässig grossen Durchflusswiderstand bietet. Das erste einstellbare Ventil kann aber insbesondere auch so betrieben werden, dass es während des Krafttrainings ganz schliesst und erst dann ein wenig öffnet, wenn der gemessene Druck einen Schwellenwert überschreitet (Schwellenwerttraining). In dieser Ausführung kann übrigens ein in Echtzeit über die Benutzeranzeige 64 angezeigtes Feedback besonders wertvoll sein. Bspw. kann der erreichte Druck im Verhältnis zum zu erreichenden Schwellenwertdruck über ein geeignetes Balkensymbol mit einem dem Druck entsprechend wachsenden oder schrumpfenden Balken angezeigt werden, damit der Benutzer sieht, wenn er dem zu erreichenden Schwellenwertdruck nahe kommt. Oder bei einem hohen Durchflusswiderstand können der zu erzielende Druck und der aktuelle Druck angezeigt werden.

[0052] Spirometrie: In der Betriebsart „Spirometrie“ ist mindestens das erste einstellbare Ventil geöffnet. Das zweite einstellbare Ventil kann geschlossen sein. Der Fluss der ausgeatmeten Luft wird über den Flusssensor erfasst, und durch Integration wird das ausgeatmete Luftvolumen ermittelt.

[0053] Maximale Atemmuskulatur Kraft: In dieser Betriebsart kann die maximale inspiratorische und exspiratorische Kraft gemessen werden. Dabei sind beide einstellbaren Ventile komplett geschlossen. Durch explosivem Aus- bzw. Einatmen bei komplett voller bzw. leerer Lunge kann die maximale Kraft der Atemmuskulatur durch den Drucksensor gemessen werden.

[0054] Vibration: Ausgehend von der Betriebsart „Ausdauertraining“ und/oder von der Betriebsart „Krafttraining“ und/oder von der Betriebsart „Intervalltraining“ (s.u.) wird mindestens eines der einstellbaren Ventile, beispielsweise (beim Ausdauer-Vibrationstraining) beide einstellbaren Ventil vibrierend betrieben. Die Vibrationsfrequenz kann zwischen 5 Hz und 50 Hz, bspw. zwischen 15 Hz und 35 Hz, insbesondere zwischen ca. 20 Hz und ca. 30 Hz betragen. Es hat sich gezeigt, dass ein Vibrations-Atemtraining besonders beim Lösen von Verschleimungen der Atemwege vorteilhaft ist. Der erfindungsgemässe Ansatz mit den wie den zwei Ventilen ermöglicht ein Vibrationstraining durch dasselbe Gerät, welches auch für das Ausdauertraining verwendbar ist und auch der Schutz vor Hyperventilation (über die CO2-Messung und eine entsprechende Regelung), die Einstellbarkeit von diversen Parametern (Atemvolumen Widerstand etc.) und die Feedbackfunktion gelten auch für die Betriebsart „Vibration“.

[0055] Intervalltraining: Insbesondere in Kombination mit einem Feedback über die Benutzeranzeige 64 kann auch ein Intervalltraining vorgesehen sein. Dabei können eine Vorgabe (ein über die Benutzeranzeige angezeigtes Level, bspw. in Relation zur aktuellen Leistung und/oder Kraft) und/oder die dem Benutzer auferlegten Widerstände (durch Einstellungen der einstellbaren Ventile) in vorgegebenen Intervallen wechseln. Dabei erfolgt eine CO2-Regulation analog zur Betriebsart 'Ausdauertraining'.

[0056] Stufentest: In der Betriebsart 'Stufentest' wird die Ausdauerkraft der Atemmuskulatur getestet. Für den Test werden die Atemtiefe und die Atemfrequenz über die Benutzeranzeige 64 reguliert. Zusätzlich wird der Durchflusswiderstand anhand der beiden Ventile geregelt sodass in Kombination mit dem Atemvolumen und der Atmungsfrequenz die Atemarbeit stufenweise erhöht werden kann bis die Atemmuskulatur ermüdet (analog zu einem Fahrradstufentest der bekannten Art). Ein typisches Protokoll könnte folgendermassen sein: Die Atemtiefe beträgt konstant 60% der bspw. vorher gemessenen (siehe Betriebsart 'Spirometrie') Vitalkapazität, und die Atmungsfrequenz wird beginnend mit 16 Atemzügen pro Minute alle zwei Minuten um zwei Atemzüge pro Minute gesteigert. Durch das Einstellen des Atemwiderstand mit den beiden Ventilen 41, 42 und bspw. auch einer Vorgabe der Atemfrequenz wird alle zwei Minuten die Atemarbeit um 10% erhöht bis die Atemmuskulatur ermüdet. Es können selbstverständlich auch andere Stufentest-Protokolle implementiert werden. Während dem ganzen Test erfolgt die CO2-Regulation wie in der Betriebsart ,Ausdauertraining'.

[0057] Customized Training: über die Schnittstelle können beliebige für den aktuellen Benutzer nützliche Profile und Abfolgen von Trainings- und/oder Messschritten programmiert sein.

[0058] Die Ausführungsform der Figuren 2-4 weist eine besonders günstige Anordnung der mindestens zwei einstellbaren Ventile auf. Andere Anordnungen sind inFiguren 6-8schematisch gezeigt. Fig. 6 zeigt eine wie die Ausführungsform von Fig. 2-4 in der Steuerung einfach handhabbare Anordnung mit dem ersten einstellbaren Ventil 41 im Mundstück-Ast 11. Durch dieses erste einstellbare Ventil ist der Gesamt-Durchflussquerschnitt steuerbar, d.h. das erste einstellbare Ventil allein stellt den Widerstand (inspiratorisch und exspiratorisch) ein, gegen welchen der Benutzer atmen muss. Das erste Ventil 41 kann auch, insbesondere in der Betriebsart „Krafttraining“ ganz schliessen. In der Betriebsart „Vibration“ ist unter Umständen ausreichend, wenn nur das erste Ventil vibriert. Das zweite einstellbare Ventil 42 ist als einstellbares Wegeventil ausgebildet und kann zwischen einem Zustand, in welchem es eine Verbindung zwischen erstem Ast und Mundstück-Ast freigibt und eine Verbindung zwischen zweitem Ast und Mundstück-Ast sperrt, und einem Zustand in dem es eine Verbindung zwischen erstem Ast und Mundstück-Ast sperrt und eine Verbindung zwischen zweitem Ast und Mundstück-Ast freigibt, bewegbar. Dazwischen liegende Zustände ermöglichen eine Kommunikation zwischen Mundstück-Ast, erstem Ast und zweitem Ast. In Fig. 6 ist das zweite einstellbare Ventil schematisch als schwenkbare Klappe illustriert.

[0059] Auch Anordnungen mit einem solchen Wegeventil wie anhand Fig. 6 erläutert als erstem einstellbarem Ventil 41 und einem den Durchflussquerschnitt steuernden zweiten Ventil 42 im ersten Ast (Fig. 8) bzw. zweiten Ast (Fig. 7) sind möglich und ermöglichen alle Betriebsarten wie vorstehend erwähnt, indem in beiden Fällen sowohl der Durchflussquerschnitt zwischen Mundstück und Luftbehälter als auch der Durchflussquerschnitt zwischen Mundstück und Ein-/Ausgangsöffnung je zwischen 0 und einem Maximalwert einstellbar und unabhängig voneinander wählbar sind. Eine CO2-Regulation wie vorstehend anhand der Betriebsart ,Ausdauertraining' beschrieben ist auch so möglich.

[0060] Der CO2-Sensor 51 kann auf einem für CO2-Sensoren bekannten Prinzip beruhen. Beispielsweise sind CO2-Sensoren bekannt, welche als Infrarotsensoren funktionieren und den bekannten Umstand nutzen, dass CO2ein effizienter IR-Absorber ist. Solche Sensoren sind verlässlich und können direkt im Atemfluss platziert werden, haben allerdings den Nachteil, dass sie relativ aufwändig in Herstellung und Betrieb und entsprechend teuer sind.

[0061] Gemäss einer alternativen Ausführungsform kann der CO2-Sensor 51 auch auf dem erwähnten neuen, alternativen Funktionsprinzip beruhen, gemäss welchem ein Anteil der ausgeatmeten Luft mit konstantem Fluss abgezweigt wird. Eine Messzelle 83 beinhaltet dann ein Heizelement, bspw. Heizdraht. Das Heizelement wird während der Messung geheizt. Die benötigte Heizleistung in Relation zur erreichten Temperatur in einem stationären Zustand ist wie vorstehend erläutert ein Mass für die Konvektionskühlung und somit bei konstanten anderen Parametern ein Mass für den CO2-Gehalt.

[0062] Figur 9illustriert schematisch das Prinzip eines solchen möglichen CO2-Sensors. In einen insbesondere vom Mundstück-Ast oder 11 eventuell direkt vom Mundstück abgezweigten CO2-Sensor-Seitenast 82 wird über eine Verbindungsöffnung 81 mit einem kleinen Querschnitt während der Exspiration, insbesondere zum Ende der Exspirationsphase, Luft angesaugt, bspw. durch eine kleine Pumpe 84 mit konstanter Förderleistung. Der Seitenast hat bspw. ebenfalls einen kleinen Querschnitt von bspw. zwischen 0.7 mm und 1.5 mm. Die abgezweigte Luft gelangt vor oder nach Durchtritt durch die Pumpe 84 in die Messzelle 83, wo nach dem vorstehend erläuterten Prinzip gemessen wird. Bei der Messung wird die Steuerungseinheit beispielsweise anhand der Flussmessung den Zeitpunkt der CO2-Messung bestimmen. Insbesondere kann die Steuereinheit gegen Ende der Exspirationsphase, wenn der durch Exspiration verursachte Durchfluss durch den Mundstück-Ast wieder abnimmt, die CO2-Messung veranlassen. Die Pumpe 84 kann konstant fördern oder an den genannten Zeitpunkten der CO2-Messung; dasselbe gilt für die Heizung des Heizelements.

[0063] Auch die Druckmessung - mit einem bspw. konventionellen Drucksensor-Element 92 - kann optional auf einem vom Mundstück-Ast 11 oder eventuell vom Mundstück abgezweigten Ast 91 geschehen, wie das in Figur 10 gezeichnet ist.

[0064] Die Durchfluss-Messung kann mit irgendeinem geeigneten Flusssensor geschehen. Es sind zu diesem Zweck Flusssensoren verschiedener Art auf dem Markt, und die vorliegende Erfindung schliesst keines der verschiedenen Messprinzipien aus.

[0065] Der Flusssensor 53 in der hier illustrierten Ausführungsform beruht auf folgendem, zum vorstehend beschriebenen CO2-Sensor analogen Messprinzip: Ein Heizelement, bspw. Heizdraht wird mit einer bekannten Heizleistung geheizt. Die zum Halten auf einer bestimmten Temperatur benötigte Heizleistung ist ein Mass für die durch die Strömungsluft abgeführte Wärme, die ihrerseits bei konstanter (definierter) Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit sowie bei laminarer Strömung ein Mass ist für den Durchfluss. Wie vorstehend diskutiert hängt die pro Zeiteinheit abgeführte Wärmemenge auch noch vom CO2-Gehalt ab. Dieser Einfluss ist aber erstens bei durch die Regelung ungefähr konstant gehaltenem CO2-Gehalt im Vergleich zum Einfluss des Durchflusses klein, d.h. ein eventueller Messfehler wäre nicht gross. Zweitens kann er bei Bedarf, wenn eine besonders präzise Messung gewünscht wird, auch rechnerisch korrigiert werden, da der CO2-Gehalt ja aufgrund der parallel durchgeführten CO2-Messung bekannt ist.

[0066] Die Messung des Flusses durch den Flusssensor wird durch die Steuerungseinheit während der Exspiration vorgenommen. Ausgeatmete Luft hat eine bekannte Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Ausserdem ist die Luftströmung der ausgeatmeten aufgrund der Laminarisierungseinrichtung laminar. Zusätzlich kann der Fluss anhand des gemessenen Druck rechnerisch korrigiert werden. Daher ergibt die vorstehend beschriebene Messung aussagekräftige Messwerte. Durch entsprechende Kalibration und/oder Testmessungen kann aus der Messung ein Wert für den Fluss und durch Integration über die Zeit ein Wert für das ausgeatmete Volumen ermittelt werden. Wie vorstehend für den CO2-Sensor beschrieben kann dafür die Relation zwischen Temperatur (bzw. elektrischem Widerstand) einerseits und Heizleistung im stationären Zustand andererseits verwendet werden. -

[0067] Figur 11illustriert noch eine optionale Besonderheit der Feedback-Anzeige für den Benutzer über die - ebenfalls optional vorhandene - Benutzeranzeige 64. Wenn im Rahmen eines Krafttrainings oder im Rahmen einer Kraftmessung der Benutzer eine Druckschwelle erreichen soll, wird eine Schwellenwert-Anzeige 101 aktiviert. Dieses zeigt über ein Anzeigeelement, bspw. über einen Balken 102 oder ähnlich, den aktuellen vom Benutzer erreichten Druck in Relation zu einer zu erreichenden Schwelle 103 und gibt damit dem Benutzer einen unmittelbaren Eindruck vom noch zu erreichenden Ziel. Andere Feedback-Anzeigen sind selbstverständlich ebenfalls möglich.

Claims

1. Atemtrainingsgerät, aufweisend eine Luftführungsanordnung mit einem Mundstück (21) und einem an das Mundstück anschliessenden verzweigten Luftkanal mit einem Mundstück-Ast (11), an dem das Mundstück angebracht ist, einem ersten Ast (12) und einem zweiten Ast(13), wobei der erste Ast eine Ein-/Austrittsöffnung (45) aufweist, für den Eintritt von frischer Luft und für die Abgabe verbrauchter Luft, und wobei der zweite Ast einen flexiblen Luftbehälter (31) aufweist, zum Speichern von ausgeatmeter Luft zwecks erneutem Einatmen dieser ausgeatmeten Luft durch den Benutzer,gekennzeichnet durcheine Steuerungseinheit (60), ein erstes von der Steuerungseinheit ansteuerbares Ventil (41) und ein zweites von der Steuerungseinheit ansteuerbares Ventil (42), wobei das erste Ventil (41) und/oder das zweite Ventil (42) ein einstellbares Ventil ist und wobei das erste und das zweite Ventil so angeordnet sind, dass der Luftweg zwischen dem Mundstück (21) und der Ein-/Austrittsöffnung (41) sowie der Luftweg zwischen dem Mundstück (21) und dem Luftbehälter (31) je unabhängig voneinander geöffnet oder geschlossen werden können und ein Durchflusswiderstand mindestens zwischen Mundstück (21) und Ein-/Austrittsöffnung einstellbar ist.

2. Atemtrainingsgerät nach Anspruch 1, wobei sowohl das erste Ventil (41) als auch das zweite Ventil (42) einstellbar sind.

3. Atemtrainingsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Ventil (41) im ersten Ast (11) angeordnet ist und zum Einstellen des Durchflusswiderstandes durch den ersten Ast zwischen einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand eingerichtet ist, und dass zweite Ventil (42) im zweiten Ast (12) angeordnet ist.

4. Atemtrainingsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Ventil (41) und/oder das zweite Ventil (42) ein Klappenventil ist, welches eine durch einen elektrischen Antrieb um eine Drehachse (49) verschwenkbare Klappe (48) aufweist.

5. Atemtrainingsgerät nach Anspruch 4, wobei die Drehachse (49) mindestens näherungsweise durch einen Schwerpunkt der Klappe (48) geführt ist.

6. Atemtrainingsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend einen CO2-Sensor (51) zum Messen eines für die CO2-Konzentration von in der Luftführungsanordnung vorhandener Luft charakteristischen Messwertes, wobei die Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, in mindestens einer Betriebsart eine Einstellung des ersten Ventils (41) und/oder des zweiten Ventils (42) anhand des Messwertes zu regeln.

7. Atemtrainingsgerät nach Anspruch 6, wobei der CO2-Sensor einen CO2-Sensor-Seitenast (82) der Luftführungsanordnung sowie ein Luftfördermittel zum Fördern von Luft mit einem konstanten Fluss durch den CO2-Sensor-Seitenast (82) aufweist, und wobei der CO2-Sensor ferner ein Sensorelement mit einem Heizelement aufweist, welches mit einer voreingestellten und/oder messbaren Heizleistung beheizbar ist, wobei der Messwert aus einer Relation zwischen der Heizleistung und einer Temperatur des Heizelements erhaltbar ist.

8. Atemtrainingsgerät nach Anspruch 7, wobei o die Steuerungseinheit eingerichtet ist, die Heizleistung so zu regeln, dass ein elektrischer Widerstand durch das Heizelement konstant ist, und eingerichtet ist, den Messwert aus der benötigten Leistung zu ermitteln, o oder wobei die die Steuerungseinheit eingerichtet ist, die Heizleistung so zu regeln, dass ein elektrischer Strom durch das Heizelement konstant ist, und eingerichtet ist, den Messwert aus der benötigten Spannung zu ermitteln o oder wobei die die Steuerungseinheit eingerichtet ist, eine konstante Spannung am Heizelement anzulegen und eingerichtet ist, den Messwert aus dem resultierenden Strom zu ermitteln.

9. Atemtrainingsgerät nach einem der Ansprüche 6-8, wobei die Steuerungseinheit eingerichtet ist, den Messwert am Ende einer Exspirationsphase zu ermitteln.

10. Atemtrainingsgerät nach einem der Ansprüche 6-9, wobei der CO2-Sensor (51) im Mundstück-Ast (11) oder Mundstück beziehungsweise einem von diesen abgezweigten Seitenast angeordnet ist.

11. Atemtrainingsgerät nach einem der Ansprüche 6-10, wobei die Steuerungseinheit (60) einen Regelkreis bildet, wobei der Messwert oder eine daraus abgeleitete Grösse als Regelgrösse verwendet wird.

12. Atemtrainingsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend einen Flusssensor (53) zum Messen des Luftflusses in der Luftführungsanordnung.

13. Atemtrainingsgerät nach Anspruch 12, wobei der Flusssensor (53) im Mundstück-Ast (11) oder Mundstück angeordnet ist.

14. Atemtrainingsgerät nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Flusssensor ein Heizelement aufweist, welches mit einer voreingestellten und/oder messbaren Heizleistung beheizbar ist, wobei der ein für den Luftfluss charakteristischer Wert aus einer Relation zwischen der Heizleistung und einer Temperatur des Heizelements erhaltbar ist.

15. Atemtrainingsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Drucksensor (52).

16. Atemtrainingsgerät nach Anspruch 15, wobei der Drucksensor im Mundstück-Ast (11) oder Mundstück oder einem von diesen abgezweigten Seitenast angeordnet ist.

17. Atemtrainingsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend eine Laminarisierungseinrichtung (57) im Mundstück (21) und/oder Mundstück-Ast (11).

18. Atemtrainingsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Benutzeranzeige (64) und/oder eine Schnittstelle zu einer Benutzeranzeige, wobei die Steuerungseinheit eingerichtet ist, einen gemessenen Druck, einen gemessenen Fluss und/oder mindestens eine daraus abgeleitete Grösse dem Benutzer grafisch darzustellen.

19. Atemtrainingsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, das erste und zweite Ventil wahlweise in einem Ausdauertraining-Betrieb oder Intervalltraining-Betrieb so zu stellen, dass der Luftweg zwischen dem Mundstück (21) und dem Luftbehälter (31) mindestens teilweise offen ist und der Luftweg zwischen dem Mundstück und der Ein-/Austrittsöffnung (41) teilweise offen ist, oder in einem Krafttraining- und/oder Kraftmessbetrieb so zu stellen, dass der der Luftweg zwischen dem Mundstück (21) und dem Luftbehälter (31) geschlossen und der Luftweg zwischen dem und der Ein-/Austrittsöffnung (41) höchstens teilweise und/oder zeitweise offen ist.

20. Atemtrainingsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, wahlweise das erste und/oder zweite Ventil in einem Vibrationstrainingbetrieb vibrierend anzusteuern-

21. Atemtrainingsgerät nach Anspruch 20, wobei eine Vibrationsfrequenz des ersten und/oder zweiten Ventils zwischen 5 Hz und 50 Hz beträgt.

22. Atemtrainingsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, wahlweise in einem Spirometriebetrieb ein Gesamtvolumen der während einer Exspirationsphase ausgeatmeten Luft zu ermitteln.