DE10058720A1 - Strömungssensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strömungssensor, bestehend aus einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse (2) und einer in dem rohrförmigen Gehäuse befindlichen Messstelle (1), beispielsweise einem Hitzedrahtanenometer. DOLLAR A Der Strömungssensor gewährleistet an seinen Verbindungsstellen zu den Anschlussleitungen eines zugehörigen Geräts ein zuverlässiges Abdichten, indem das rohrförmige Gehäuse (2) an mindestens einer der beiden begrenzenden Kanten (6) einstückig mit einem Dichtelement (5) verbunden ist. Rohrförmiges Gehäuse (2) und Dichtelement (5) bilden somit eine untrennbare Einheit. DOLLAR A Vorzugsweise wird das Dichtelement (5) aus einem elastischen Material gefertigt und weist einen trapezförmigen Querschnitt auf, so dass die Innenflächen des Dichtelements (5) stufenlos in die Innenflächen des rohrförmigen Gehäuses (2) und der Halterung (4) übergehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Strömungssensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Strömungssensoren, wie beispielsweise Hitzedrahtanemometer, finden Anwendung in vielfältigen Gebieten zur Messung des Volumenstroms von Flüssigkeiten und Gasen. Beispielsweise werden in Beatmungsgeräten und Anästhesiegeräten Atemvolumenströme mittels eines Strömungssensors gemessen. Dabei kann es zu Leckagen kommen, die in der Folge das Eindringen von Schmutzpartikeln ermöglichen oder zu Verlust von Atemgasen und Anästhesiegasen führen. Entweichende Anästhesiegase können zu einer Gesundheitsgefährdung des Bedienpersonals führen.

Diese Leckagen treten oftmals an den Verbindungsstellen zwischen Strömungs­ sensor und den Anschlussleitungen des Beatmungsgeräts oder Anästhesiegeräts auf.

Durch die Verwendung allseits bekannter O-Ringe zum Abdichten der Verbindungsstellen zwischen Strömungssensor und Anschlussleitungen lassen sich die Leckagen verhindern.

Die Verwendung von O-Ringen zum Abdichten der Verbindungsstellen birgt jedoch einige Nachteile. Die O-Ringe weisen nach einiger Zeit zunächst nicht feststellbare Materialermüdungserscheinungen oder sonstige Beschädigungen auf. Insbesondere der Kontakt mit vorbeiströmenden Anästhesiegasen kann zum Aufquellen der O-Ringe führen. Infolge davon gleiten sie aus ihrer vorgesehenen Position oder stülpen sich auf, wodurch sie ihre Aufgabe des Abdichtens der Verbindungsstelle nicht mehr übernehmen können.

Darüber hinaus existieren zwischen dem O-Ring und dem Strömungssensor Zwischenräume, die von einer Desinfektion oder Sterilisation abgeschottet sind oder in denen sich Reinigungsmittelrückstände bei der Desinfektion oder Sterilisation ansammeln können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Strömungssensor anzugeben, der an seinen Verbindungsstellen zu den Anschlussleitungen eines zugehörigen Geräts ein zuverlässiges Abdichten gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Strömungssensor besteht aus einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse und einer in dem rohrförmigen Gehäuse befindlichen Messstelle und zeichnet sich dadurch aus, dass das rohrförmige Gehäuse an mindestens einer der beiden begrenzenden Kanten einstückig mit einem Dichtelement verbunden ist. Rohrförmiges Gehäuse und Dichtelement bilden somit eine untrennbare Einheit.

Wird der Strömungssensor von den Anschlussleitungen des Beatmungsgeräts oder Anästhesiegeräts entfernt, beispielsweise im Rahmen einer Desinfektion oder Sterilisation oder im Rahmen einer technischen Inspektion, so wird das fest mit dem Strömungssensor verbundene Dichtelement automatisch mitentnommen und unterliegt einer regelmäßigen Sichtkontrolle. Die Wirksamkeit der Abdichtung ist somit leicht überprüfbar.

In der Regel haben die in Anästhesiegeräten verwendeten Strömungssensoren eine begrenzte Lebensdauer. Bei ihrem Austausch erfolgt dann auch zwingend der Austausch des daran angebrachten Dichtelements.

Durch die einstückige Ausführung des Strömungssensors mit einem Dichtelement können darüber hinaus zu berücksichtigende Maßtoleranzen leichter eingehalten werden, da sich Toleranzen in der Bemessung von Strömungssensor und Dichtelement nicht aufaddieren, denn die äußere Abmessung des Strömungssensors einschließlich des Dichtelements kann als formgebendes Maß hergestellt werden.

Fehler in der Bemessung von Strömungssensor und Dichtelement können zu Verspannungen des Strömungssensors oder der Anschlussleitungen führen.

Die einstückige Verbindung zwischen ringförmigem Dichtelement und Kante des rohrförmigen Gehäuses kann vorzugsweise durch einen Materialschluss, einen Formschluss, einen Kraftschluss oder eine Kombination der genannten Verbindungsarten von Dichtelement und Kante des rohrförmigen Gehäuses erfolgen.

Der Materialschluss kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass das Dichtelement auf die Kante geklebt wird oder aufvulkanisiert wird. Vorteil bei einem Materialschluss ist, dass keine unerwünschten Zwischenräume zwischen Dichtelement und Strömungssensor entstehen.

Der Formschluss kann beispielsweise in einer Verzahnung von der der Kante zugewandten Oberfläche des Dichtelements mit der dem Dichtelement zu­ gewandten Oberfläche der Kante bestehen.

Ein Kraftschluss lässt sich beispielsweise dadurch erzielen, dass man die Profile der einander zugewandten Oberflächen von Dichtelement und Kante so wählt, dass das Dichtelement an der Kante festgeklemmt ist.

Das Dichtelement sollte aus einem Material gefertigt sein, das eine relativ gute chemische Oberflächenbeständigkeit gegenüber Anästhesiegasen gewährleistet. Geeignete Materialien sind Fluor-Kautschuk (FPM),, Äthylen-Propylen-Dien- Kautschuk (EPDM), Silikon-Kautschuk (SI), Nitril-Kautschuk (NBR), Polyurethanelastomere (PUE), thermoplastisches Polyurethan (TPU), Zwei- Komponenten-Silikon (LSR). Aber auch andere elastische Materialien sind denkbar.

Der Strömungssensor selbst ist aus einem sterilisierfähigen, thermoplastischen Kunststoff gefertigt, beispielsweise Polysulfon (PSU), Polycarbonat (PC), Polypropylentypen (PP), Polyamide mit 30% Glasfaser (PA 6-30% GF oder PA 12-30% GF).

Weiterhin weist das Dichtelement in einer bevorzugten Ausführung einen trapezförmigen Querschnitt mit parallelen Begrenzungsflächen senkrecht zur Mittellängsachse des Strömungssensors auf, wobei der Querschnitt so ausgebildet ist, dass die Innenfläche des Dichtelements an den Kanten des Strömungssensors stufenlos in die Innenfläche des rohrförmigen Gehäuses übergeht. Auf diese Weise werden Turbulenzen, die sich von den Kanten des Strömungssensors bis zur Messstelle im Inneren des Strömungssensors fortpflanzen können, weitgehend vermieden.

Eine Vermeidung von Turbulenzen im Gasstrom, der durch den Strömungssensor geführt wird, bedeutet in Folge eine verbesserte Messgenauigkeit des Strömungssensors.

Ein laminarer Gasstrom wird sich gleichmäßiger in dem rohrförmigen Gehäuse des Strömungssensors verteilen und eine gleichmäßigere Geschwindigkeits­ verteilung in dem rohrförmigen Gehäuse des Strömungssensors aufweisen. Die Werte für die Geschwindigkeit werden bei gleichbleibender Beaufschlagung mit einem Gasvolumenstrom geringer ausfallen, da die Geschwindigkeit der einzelnen Gasteilchen nicht zusätzlich durch Turbulenzbildung erhöht wird.

Dieser Effekt, dass sich die Geschwindigkeit bei Auftreten von Turbulenzen im Gasstrom erhöht und ungleichmäßig verteilt, nimmt mit zunehmender Beauf­ schlagung durch einen Gasvolumenstrom zu.

Bei geringen Turbulenzen fallen die vom Strömungssensor gemessenen Werte für die Geschwindigkeit des Gasstroms ebenfalls gering aus, so dass in Folge davon ein größerer Meßbereich für die Geschwindigkeit abgedeckt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß derzeitigem Stand der Technik und ein Ausführungsbeispiel gemäß Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Strömungssensors in einer Halterung gemäß Stand der Technik im Längsschnitt parallel zur Richtung des zu messenden Gasstroms,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strömungssensors in einer Halterung im Längsschnitt parallel zur Richtung des zu messenden Gasstroms.

In der Fig. 1 ist ein Strömungssensor 8 in einer Halterung 4 gemäß derzeitigem Stand der Technik im Längsschnitt parallel zur Richtung des zu messenden Gasstroms 7 dargestellt. Die Halterung 4 führt auf einer der beiden offenen Seiten der Halterung 4 zu einer Anschlussleitung eines Beatmungsgeräts oder Anästhesiegeräts, in der Fig. 1 nicht dargestellt. Der Strömungssensor 8 weist ein rohrförmiges Gehäuse 2 auf, das von zwei ringförmigen Kanten 6 begrenzt wird. Das Innere des Gehäuses 2 bildet einen Strömungskanal für den Gasstrom 7. Der Strömungskanal verjüngt sich von seinen beiden, von den ringförmigen Kanten 6 begrenzten Enden zur Mitte hin. In der Mitte des Strömungskanals ist der für den Gasstrom 7 zur Verfügung stehende Querschnitt minimal. In der Mitte des Strömungskanals befindet sich eine Messstelle 1, beispielsweise ein Hitzedrahtanemometer. Mit einem Hitzedrahtanemometer lassen sich Betrag und Richtung der Geschwindigkeit des Volumenstroms in Abhängigkeit von der am Hitzedraht aufzuwendenden und gemessenen Heizleistung messen. Das rohrförmige Gehäuse 2 wird an beiden Seiten von außen von der Halterung 4 umschlossen. Die Halterung 4 ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet und weist eine in radialer Richtung entlang der Innenwand der Halterung 4 umlaufende Stufe 9 auf. Die Stufe 9 bildet einen Anschlag für die Kanten 6 des Gehäuses 2 des Strömungssensors 8, so dass die Halterung 4 nur bis zum Anschlag über das Gehäuse 2 geschoben werden kann. Zwischen einer der beiden ringförmigen Kanten 6 des Gehäuses 2 und einer der beiden umlaufenden Stufen 9 der Halterung 4 befindet sich jeweils ein eingelegter O-Ring 3.

Die Fig. 2 stellt einen erfindungsgemäßen Strömungssensor 8 in einer Hal­ terung 4 im Längsschnitt parallel zur Richtung des zu messenden Gasstroms 7 dar. Der in der Fig. 2 dargestellte Strömungssensor unterscheidet sich von dem Strömungssensor nach der Fig. 1 dadurch, dass sich zwischen einer der beiden ringförmigen Kanten 6 des Gehäuses 2 und einer der beiden umlaufenden Stufen 9 der Halterung jeweils ein ringförmiges Dichtelement 5 befindet, das einstückig mit der Kante 6 des Gehäuses 2 verbunden ist. Die Innenfläche des Dichtelementes 5 geht an der Kante 6 stufenlos in die Innenfläche des rohrförmigen Gehäuses 2 über. Ebenso geht die Innenfläche des Dichtelements 5 an der Stufe 9 stufenlos in die Innenfläche der Halterung 4 über.

Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet.

Claims (13)

1. Strömungssensor, bestehend aus einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse und einer in dem rohrförmigen Gehäuse befindlichen Messstelle, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Gehäuse (2) an mindestens einer der beiden begrenzenden Kanten (6) einstückig mit einem Dichtelement (5) verbunden ist.

2. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Gehäuse (2) an beiden begrenzenden Kanten (6) einstückig mit dem Dichtelement (5) verbunden ist.

3. Strömungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung als Materialschluss, Formschluss oder Kraftschluss ausgeführt ist.

4. Strömungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung als Kombination aus Materialschluss, Formschluss und Kraftschluss ausgeführt ist.

5. Strömungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) ringförmig ist.

6. Strömungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) aus einem elastischen Material gefertigt ist.

7. Strömungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Zwei-Komponenten-Silikon (LSR), Fluor-Kautschuk (FPM), Äthylen- Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Silikon-Kautschuk (SI), Nitril-Kautschuk (NBR), Polyurethanelastomer (PUE), thermoplastisches Polyurethan (TPU).

8. Strömungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (5) einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt mit parallelen Begrenzungsflächen senkrecht zur Mittellängsachse des Strömungssensors aufweist.

9. Strömungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Dichtelements (5) an den Kan­ ten (6) stufenlos in die Innenfläche des rohrförmigen Gehäuses (2) übergeht.

10. Strömungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Dichtelements (5) stufenlos in die Innenfläche einer den Strömungssensor aufnehmenden Halterung (4) übergeht.

11. Strömungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungssensor (8) in einem medizintechnischen Gerät verwendet wird.

12. Strömungssensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungssensor (8) in einem Anästhesiegerät verwendet wird.

13. Strömungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstelle (1) ein Hitzedrahtanemometer ist.