DE102005042182B4 - Apparatus for ventilation - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Beatmung, die als Beatmungsgerät ausgebildet ist und die mindestens einen Strömungsweg aufweist und die aus mehreren miteinander verbundenen Komponenten besteht, die entlang des Strömungsweges hintereinander angeordnet sind und durch die der Strömungsweg hindurchverläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand jeder einzelnen Komponente (1) zur Erreichung eines geringen resultierenden Gesamtströmungswiderstandes aller Komponenten (1) optimiert ist, wobei der Strömungsweg (12) im Bereich mindestens einer Querschnittveränderung mit Strömungsleitelementen (18) versehen ist und die Querschnittveränderung als absatzförmige Erweiterung (20) ausgebildet ist, die eine erste Querschnittfläche (14) in eine zweite Querschnittfläche (15) überleitet, wobei sich die Strömungsleitelemente (18) ausgehend von einem Rand (21) der ersten Querschnittfläche (14) in den Strömungsbereich der zweiten Querschnittfläche (15) hineinerstreckt und wobei die Strömungsleitelemente (18) als Bürstenkanten oder als weiche Lamellen oder aus einem offenporigen Material gebildet sind.Device for ventilation, which is designed as a ventilator and has at least one flow path and which consists of a plurality of interconnected components, which are arranged along the flow path one behind the other and through which the flow path passes, characterized in that the flow resistance of each individual component (1) is optimized for achieving a low resulting total flow resistance of all components (1), wherein the flow path (12) is provided with flow guide elements (18) in the region of at least one change in cross section and the change in cross section is formed as a stepped extension (20) having a first cross sectional area (14 ) into a second cross-sectional area (15), wherein the flow guide elements (18) extends from an edge (21) of the first cross-sectional area (14) into the flow area of the second cross-sectional area (15) and wherein the flow gsleitelemente (18) are formed as brush edges or as soft fins or of an open-pore material.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beatmung, die als Beatmungsgerät ausgebildet ist und die mindestens einen Strömungsweg aufweist und die aus mehreren miteinander verbundenen Komponenten besteht, die entlang des Strömungsweges hintereinander angeordnet sind und durch die der Strömungsweg hindurch verläuft.The invention relates to a device for ventilation, which is designed as a respirator and which has at least one flow path and which consists of a plurality of interconnected components, which are arranged along the flow path one behind the other and through which the flow path passes.
Bei bekannten Beatmungsgeräten ist der Luftweg charakterisiert durch mehrere Bauelemente, die unterschiedliche Funktionen aufweisen. Insbesondere sind dies Lufteingangsfilter, Luftleitungen im Beatmungsgerät, Schalldämpfer, Gebläse, Luftleitung zum Patienten, Schlauch, Patienteninterface (Maske, Tubus, nasalpillow).In known ventilators, the airway is characterized by a plurality of components having different functions. In particular, these are air inlet filters, air lines in the ventilator, silencer, fan, air line to the patient, hose, patient interface (mask, tube, nasalpillow).
Aus der
Gleichfalls ist aus der
Die
Eine weitere Vorrichtung zur Beatmung, die mindestens einen Strömungsweg aufweist, ist aus der
Die
En weiterer Stand der Technik ist aus der
Die Erfindung kann beispielsweise bei folgenden medizintechnischen Geräten zu Einsatz kommen: CPAP-, APAP-, Bilevel-, Titrations-, Heimbeatmungs-, Notfall-, Klinikbeatmungs-, Absaug-Geräte und andere medizintechnische Geräten.The invention can be used, for example, in the following medical devices: CPAP, APAP, bilevel, titration, home ventilation, emergency, hospital ventilation, suction and other medical devices.
Bei den bekannten Geräten sind die einzelnen Elemente des Luftweges jeweils für Ihre Funktion optimiert, nicht jedoch im Sinne einer optimalen Strömungsführung. So soll beispielsweise der Schalldämpfer vor allem den Schall minimieren, nicht jedoch eine ideale Durchströmung des Atemgases ermöglichen. Im Zusammenspiel Jedoch ergeben sich insbesondere Strömungseffekte, die den Schall und den Energieaufwand erhöhen und die Qualität der Therapie verschlechtern.In the known devices, the individual elements of the airway are each optimized for their function, but not in the sense of optimal flow guidance. For example, the muffler should primarily minimize the sound, but not allow an ideal flow of the breathing gas. In interaction, however, there are particularly flow effects that increase the sound and energy consumption and worsen the quality of the therapy.
Die Vielzahl der Parameter erlaubt nur sehr schwer eine Objektivierung einzelner Elemente. Dennoch können durch die Anwendung von strömungsmechanischen Experimenten und der Numerik einzelne Parameter isoliert und einer objektiven Beurteilung zugänglich gemacht werden. Selbstverständlich wird die Optimierung einzelner Elemente eine jeweils andere Wirkung haben, so dass sie gegenseitig abgestimmt werden müssen.The large number of parameters makes it very difficult to objectify individual elements. Nevertheless, through the use of fluid mechanics experiments and numerics, individual parameters can be isolated and made accessible to an objective assessment. Of course, the optimization of individual elements will each have a different effect, so they must be mutually agreed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch eine Reduktion des Gesamtwiderstandsbeiwertes den Energieverbrauch zu senken und die Schallentwicklung durch Turbulenzen zu vermindern.The object of the present invention is to reduce energy consumption by reducing the total resistance coefficient and to reduce the development of noise by turbulence.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Strömungsweg als Luftweg im Beatmungsgerät ausgebildet ist und Strömungswiderstand jeder einzelnen, als Formkörper ausgebildeten, Komponente zur Erreichung eines geringen resultierenden Gesamtströmungswiderstandes aller Komponenten optimiert ist, wobei der Strömungsweg im Bereich mindestens einer Querschnittveränderung mit einem Strömungsleitelement versehen ist.This object is achieved in that the flow path is formed as an airway in the ventilator and flow resistance of each formed as a molded body, component to achieve a low resulting total flow resistance of all components is optimized, wherein the flow path is provided in the region of at least one cross-sectional change with a flow ,
Es werden hierzu aufeinander abgestimmte Bauelemente bereitgestellt, die nicht zwangsläufig eine optimierte Eigenschaft im Sinne ihrer Einzelaufgabe erfüllen müssen, sondern die durch das Zusammenwirken der Gesamtheit der Bauelemente optimierte Eigenschaften für ein Beatmungsgerät ergeben.For this purpose, coordinated components are provided which do not necessarily have to fulfill an optimized property in the sense of their individual task, but which result in properties optimized for a respirator by the interaction of the entirety of the components.
Insbesondere dienen dazu folgende Maßnahmen:
- • Schaffung von strömungsoptimierten Oberflächen im gesamten Luftweg, beispielsweise ähnlich zu einer Haihaut,
- • Abstimmung der Übergänge/Schnittstellen im Sinne einer idealisierten Strömungsführung (keine Ecken und Kanten),
- • Berücksichtung physikalischer Gesetzmäßigkeiten im Sinne einer Verringerung des Strömungswiderstandes.
- Creation of flow-optimized surfaces in the entire airway, for example similar to a shark skin,
- • coordination of the transitions / interfaces in the sense of an idealized flow guidance (no corners and edges),
- • Consideration of physical laws in terms of reducing the flow resistance.
Diese Maßgaben können beispielsweise an folgenden Bauelementen durchgeführt werden: Lufteingangsfilter, Luftleitung im Beatmungsgerät, Schalldämpfer, Gebläse (Optimierung der Schaufelgeometrie, Luftleitbleche) Luftleitung zum Patienten, Schlauch, Patienten-Interface, Schnittstellen der einzelnen Bauteile.These specifications can be carried out, for example, on the following components: air inlet filter, air line in the ventilator, silencer, blower (optimization of the blade geometry, air baffles) air line to the patient, hose, patient interface, interfaces of the individual components.
Bei einem beatmeten Patienten sind zwei Systeme – Beatmungssystem und Lunge – miteinander verbunden. Das Verbindungsstück dieser Systeme ist der Schlauch und/oder das Patienteninterface (PI). In der Regel besitzt dieses Verbindungsstück einen geringeren Durchmesser als der Teil des Systems davor und danach.In a ventilated patient, two systems - the respiratory system and the lungs - are connected. The connector of these systems is the tube and / or the patient interface (PI). In general, this connector has a smaller diameter than the part of the system before and after.
Aus dieser Durchmesserdimensionierung resultiert ein erheblicher Strömungswiderstand, der sich als Druckabfall zeigt und quantifizieren lässt. Er ist definiert als der Druckunterschied zwischen dem äußeren, proximalen Ende und dem inneren, distalen Ende des Schlauches. From this diameter dimensioning results in a significant flow resistance, which shows up as a pressure drop and can be quantified. It is defined as the pressure difference between the outer proximal end and the inner distal end of the tube.
Um diesen Widerstand zu quantifizieren, kann man den Druck an jedem Ende messen, aus den Messwerten lässt sich dann der Widerstand (ΔPPI PI = Patienteninterface) berechnen. Pprox ist der Druck am proximalen, Pdis der Druck am distalen Ende. Das stellt dar, dass es sich um eine Differenz handelt. Die Formel lautet:
Während der Inspiration ist der Druck vor dem Tubus größer als hinter dem Tubus. Daraus resultiert eine positive ΔPPI. Während der Expiration findet sich in der Trachea der höhere Druck, woraus eine negative ΔPPI resultiert. Diese Differenz ist zum einen abhängig von dem Innendurchmesser (ID) des PI, zum anderen auch vom Flow (Gasfluss, F [l/s]).During inspiration, the pressure in front of the tube is greater than behind the tube. This results in a positive ΔPPI. During expiration, the higher pressure is found in the trachea, resulting in a negative ΔPPI. This difference depends on the internal diameter (ID) of the PI as well as on the flow (gas flow, F [l / s]).
Die Messungen des Druckabfalls unterschiedlicher PI bei jeweils verschiedenem Flow ergeben PI-spezifische Druck-Fluss-Kennlinien. Der PI-bedingte Druckverlust, bedeutet eine zusätzliche, uneffektive Atemarbeit. Diese zusätzliche Atemarbeit muß geleistet werden vom:
- a) Patient
- b) Beatmungsgerät
- c) Beatmungsgerät und Patient
- a) patient
- b) ventilator
- c) Respirator and patient
Sollte der Patient die Arbeit übernehmen messen, droht eine frühzeitige respiratorische Erschöpfung.Should the patient measure the work, early respiratory fatigue threatens.
Im Falle der Übernahme durch das Beatmungsgärt muß dieses bei einer Einatmung zusätzliche Arbeit leisten, was einen erhöhten Energieverbrauch, eine erhöhte Schallentwicklung und auch eine verschlechterte Reglungsgenauigkeit zur Folge haben kann.In the case of the takeover by the ventilation gag this must perform additional work in an inhalation, which can result in increased energy consumption, increased sound development and also a deteriorated control accuracy.
während der Expiration muß der Druck im PI derart abgesenkt werden, dass die Ausatmung nicht behindert wird und eine effektive CO2-Elimination möglich ist.During the expiration the pressure in the PI has to be lowered in such a way that the exhalation is not obstructed and an effective CO2-elimination is possible.
Eine Reduzierung des Strömungswiderstandes kann dadurch erfolgen, daß die Komponente ein Oberflächenprofil aufweist.A reduction of the flow resistance can take place in that the component has a surface profile.
Insbesondere ist daran gedacht, daß das Oberflächenprofil eine Lotus-Struktur aufweist.In particular, it is contemplated that the surface profile has a lotus structure.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auch vorgesehen, daß das Oberflächenprofil eine Haihaut-Struktur aufweist.According to a further embodiment it is also provided that the surface profile has a sharkskin structure.
Zur Ausbildung einer laminaren Strömung trägt es bei, daß das Oberflächenprofil Längsrillen aufweist.To form a laminar flow, it helps that the surface profile has longitudinal grooves.
Zur Anpassung an konkret vorliegende Strömungsgeschwindigkeiten und Volumenströme ist vorgesehen, daß die Längsrillen relativ zueinander unterschiedliche Breiten aufweisen.For adaptation to actual flow velocities and volume flows, it is provided that the longitudinal grooves have different widths relative to each other.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist auch daran gedacht, daß die Längsrillen unterschiedliche Abstände relativ zueinander aufweisen.According to a further embodiment, it is also contemplated that the longitudinal grooves have different distances relative to each other.
Ein Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die Längsrillen als Sägerillen ausgebildet sind.An embodiment is that the longitudinal grooves are formed as sawing.
Eine weitere erfindungsgemäße Gestaltung ist dadurch definiert, daß die Längsrillen als Trapezrillen ausgebildet sind.Another design according to the invention is defined by the fact that the longitudinal grooves are formed as trapezoidal grooves.
Eine weitere Gestaltungsvariante besteht darin, daß die Längsrillen als L-Rillen ausgebildet sind.Another design variant is that the longitudinal grooves are formed as L-grooves.
Zur Vermeidung einer Ausbildung von Turbulenzen trägt es bei, daß mindestens zwei Komponenten kontinuierlich ineinander übergeleitete Strömungswege aufweisen.In order to avoid the formation of turbulence, it is important that at least two components have flow paths which are continuously diverted into each other.
Eine Schallemission kann dadurch vermindert werden, daß der Strömungsweg im Bereich mindestens einer Querschnittverengung eine poröse Abströmkante aufweist.A sound emission can be reduced by the fact that the flow path in the region of at least one cross-sectional constriction has a porous trailing edge.
Zur Vermeidung von Turbulenzen trägt es ebenfalls bei, daß der Strömungsweg im Bereich mindestens einer Querschnittveränderung mit einem Strömungsleitelement versehen ist.To avoid turbulence, it also contributes that the flow path is provided in the region of at least one cross-sectional change with a flow guide.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel besteht darin, daß das Strömungsleitelement als Bürstenkante ausgebildet ist.A preferred embodiment is that the flow guide is designed as a brush edge.
Gemäß einer anderen Ausführungsvarianten ist auch daran gedacht, daß das Strömungsleitelement als weiche Lamelle ausgebildet ist.According to another embodiment, it is also thought that the flow guide is formed as a soft blade.
Eine Kombination unterschiedlicher vorteilhafter Materialeigenschaften kann dadurch erfolgen, daß das Strömungsleitelement porig ausgebildet ist.A combination of different advantageous material properties can take place in that the flow guide is formed porous.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein medizintechnisches Gerät derart zu konstruieren, daß eine verbesserte Funktionalität bereitgestellt wird.Another object of the invention is to construct a medical device such that improved functionality is provided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein mit einer Oberflächenbeschichtung versehenes Bauteil enthalten ist und/oder dadurch, daß im Bereich der Oberfläche funktionale Eigenschaften, zumindest eine strömungsoptimierte Oberfläche, bereitgestellt werden. This object is achieved in that at least one provided with a surface coating component is included and / or in that in the region of the surface functional properties, at least one flow-optimized surface, are provided.
Darüber hinaus besteht eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß eine funktionelle und zugleich preiswerte sowie langfristig funktionsfähige Ausführungsform bereitgestellt wird.In addition, an additional object of the present invention is to improve a method of the type mentioned above such that a functional and at the same time inexpensive and long-term functional embodiment is provided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Formkörper mittels Kunststoffspritzguß hergestellt und an schließend mindestens bereichsweise beschichtet wird.This object is achieved in that the molding is produced by means of plastic injection molding and coated at closing at least partially.
Grundsätzlich wird durch die Verwendung von oberflächenbeschichteten Komponenten in medizintechnischen Geräten ein äußerst weiter konstruktiver Freiraum eröffnet. Die jeweils gewünschten funktionellen Eigenschaften können durch die Oberflächenbeschichtung unabhängig vom Material des Grundkörpers bereitgestellt werden. Die funktionellen Eigenschaften können sich beispielsweise auf Gleiteigenschaften, Reibungseigenschaften, Oberflächengestaltungen oder Oberflächenhärten beziehen.In principle, the use of surface-coated components in medical devices opens up an extremely wide range of constructive freedom. The particular desired functional properties can be provided by the surface coating, regardless of the material of the base body. The functional properties may relate, for example, to slip properties, friction properties, surface designs or surface hardnesses.
Entsprechend der jeweils vorgegebenen funktionellen Eigenschaft wird die Oberflächenbeschichtung des Grundkörpers gewählt und das Basismaterial des Grundkörpers kann unabhängig von der gewünschten funktionellen Eigenschaft der Oberfläche und der mechanischen oder statischen Randbedingungen festgelegt werden. Beispielsweise ist es möglich, bei hohen mechanischen Belastungen einen harten Grundkörper mit einer weicheren Oberflächenbeschichtung zu versehen oder einen weichen und elastischen Grundkörper mit einer keimabweisenden funktionellen Oberfläche auszustatten. Gegebenenfalls werden die gewünschten Oberflächenbeschichtungen unter Verwendung geeigneter Zwischenschichten als Haftvermittler auf die Grundkörper aufgebracht.The surface coating of the base body is selected according to the given functional property and the base material of the base body can be determined independently of the desired functional property of the surface and of the mechanical or static boundary conditions. For example, it is possible to provide a hard base body with a softer surface coating at high mechanical loads or to equip a soft and elastic body with a germ-repellent functional surface. Optionally, the desired surface coatings are applied to the base bodies using suitable intermediate layers as adhesion promoters.
In einer bevorzugten Aufrührungsform ist der Formkörper im wesentlichen als Geräteteil, Geräteoberschale, Geräteinnenteil, Gerätezubehörteil, Gerätekomponente, Luftanfeuchter, Vernebler, Medikamentenzerstäuber, Beatmungsgerät, Lufteingangsfilter, Schalldämpfer, Luftweg im Gerät, Filter, Beatmungsmaske, Beatmungsschlauch, Notfallbeatmungsgerät, Absaugeinrichtung, Absaugschlauch, Auffangbehälter von einer Absaugeinrichtung oder als Gehäuseteil ausgebildet.In a preferred embodiment, the molded body is essentially as a device part, device upper shell, device inner part, device accessory, device component, humidifier, nebulizer, medicament atomizer, ventilator, air inlet filter, muffler, airway in the device, filters, respiratory mask, breathing tube, emergency ventilation device, suction device, suction tube, collection container of a suction device or as a housing part formed.
Vorzugsweise ist ein derartiger Formkörper eines medizintechnischen Geräts wenigstens teilweise und/oder abschnittsweise aus Kunststoff gefertigt. Dabei werden häufig verschiedene Kunststoffe verwendet. Die Kunststoffe erfüllen unterschiedliche Funktionen und müssen für die auszuübende Funktion bestmöglich geeignet sein. So sind die Kunststoffe für beispielsweise ein Beatmungsgerät mit den Komponenten Eingangsfilter – Beatmungsgerät – Ausgangsfilter – Patientenschlauch Filter – Patientenkontaktstelle jeweils für den Einsatzzweck optimiert.Preferably, such a shaped body of a medical device is at least partially and / or partially made of plastic. There are often used different plastics. The plastics fulfill different functions and must be best suited for the function to be performed. For example, the plastics for a ventilator with the components inlet filter - respirator - output filter - patient tube filter - patient contact point are each optimized for the intended use.
Als Kunststoffe sind alle bekannten Kunststoffe denkbar. Bspw. seien hier genannt: Polyethylene, Polypropylene, Polyvinylchloride, Polystyrole, Polycarbonate, Cellophane, Celluloseacetate, Polyelofine, fluorierte Kohlenwasserstoffe (Teflon), Polyhydroxyethylmethacrylate (PHEMA) (Hydron), Polymethylmethacrylate (PMMA), Polysiloxane, Polyether, Polyester, Polyacetale, Polyvinyle, Polyethersilikone, Polyurethane, Natürliches und synthetisches Gummi, Silikon, Latex, ABS-Harz, Acrylharze, Triacetate, Vinylide und Reyon.As plastics all known plastics are conceivable. For example. polyethylenes, polypropylenes, polyvinyl chlorides, polystyrenes, polycarbonates, cellophanes, cellulose acetates, polyelofins, fluorinated hydrocarbons (Teflon), polyhydroxyethyl methacrylates (PHEMA) (hydron), polymethyl methacrylates (PMMA), polysiloxanes, polyethers, polyesters, polyacetals, polyvinyls, polyether silicones , Polyurethanes, Natural and Synthetic Rubber, Silicone, Latex, ABS Resin, Acrylic Resins, Triacetates, Vinylidene and Reyon.
Ferner können alle zum Spritzgießen von Spritzgusskörpern geeigneten Polymere eingesetzt werden. Bevorzugt werden als Materialien für das Spritzgießen Polymere oder Polymerblends eingesetzt, die ein Polymer auf der Basis von Polycarbonaten, Polyoxymethylenen, Poly(meth)acrylaten, Polyamiden, Polyvinylchlorid, Polyethylenen, Polypropylenen, aliphatischen linearen- oder verzweigten Polyalkenen, cyclischen Polyalkenen, Polystyrolen, Polyestern, Polyethersulfonen, Polyacrylnitril oder Polyalkylenterephthalaten, Poly(vinylidenfluorid), Poly(hexafluorpropylen), Poly(perfluorpropylenoxid), Poly(fluoralkylacrylat), Poly(fluoralkylmethacrylat), Poly(vinylperfluoralkylether) oder andere Polymere aus Perfluoralkoxyverbindungen, Poly(isobuten), Poly(4-methyl-1-penten), Polynorbonen als Homo- oder Copolymer oder deren Gemische, aufweisen. Ganz besonders bevorzugt werden als Material für das Spritzgießen Polymere oder Polymerblends eingesetzt, die ein Polymer auf Basis von Poly(ethylen), Poly(propylen), Polymethylmethacrylaten, Polystyrolen, Polyestern, Acrylnitril-Butadien-Styrol Terpolymere (ABS) oder Poly(vinylidenfluorid) aufweisen, wobei die Kunststoffe in Reinform und/oder als Gemisch verwandt werden kennen. Polycarbonaten, Polyoxymethylenen, Poly(meth)acrylaten, Polyamiden, Polyvinylchlorid, Polyethylenen, Polypropylenen, aliphatischen linearen- oder verzweigten Polyalkenen, cyclischen Polyalkenen, Polystyrolen, Polyestern, Polyacrylnitril oder Polyalkylenterephthalaten, Pols (vinylidenfluorid), oder andere Polymere aus Poly(isobuten), Poly(4-methyl-1-penten), Polynorbornen als Homo- oder Copolymer, ein Polymer auf der Basis von Polycarbonaten, Polyoxymethylenen, Poly(meth)acrylaten, Polyamiden, Polyvinylchlorid, Polyethylenen, Polypropylenen, aliphatischen linearen- oder verzweigten Polyalkenen, cyclischen, Polyalkenen, Polystyrolen, Polyestern, Polyacrylnitril oder Polyalkylenterephthalaten, Poly(vinylidenfluorid), oder andere Polymere aus Poly(isobuten), Poly(4-methyl-1-penten), Polynorbonen als Homo- oder Copolymer sowie deren Gemische sowie deren Gemische.Furthermore, all polymers suitable for injection molding of injection-molded bodies can be used. As materials for injection molding, preference is given to using polymers or polymer blends comprising a polymer based on polycarbonates, polyoxymethylenes, poly (meth) acrylates, polyamides, polyvinyl chloride, polyethylenes, polypropylenes, aliphatic linear or branched polyalkenes, cyclic polyalkenes, polystyrenes, polyesters , Polyethersulfones, polyacrylonitrile or polyalkylene terephthalates, poly (vinylidene fluoride), poly (hexafluoropropylene), poly (perfluoropropylene oxide), poly (fluoroalkyl acrylate), poly (fluoroalkyl methacrylate), poly (vinyl perfluoroalkyl ethers) or other polymers of perfluoroalkoxy compounds, poly (isobutene), poly (4 -methyl-1-pentene), polynorbornene homo- or copolymer or mixtures thereof. Very particular preference is given to using as the material for injection molding polymers or polymer blends comprising a polymer based on poly (ethylene), poly (propylene), polymethyl methacrylates, polystyrenes, polyesters, acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymers (ABS) or poly (vinylidene fluoride). have, wherein the plastics know in pure form and / or as a mixture know. Polycarbonates, polyoxymethylenes, poly (meth) acrylates, polyamides, polyvinyl chloride, polyethylenes, polypropylenes, aliphatic linear or branched polyalkenes, cyclic polyalkenes, polystyrenes, polyesters, polyacrylonitrile or polyalkylene terephthalates, pols (vinylidene fluoride), or other polymers of poly (isobutene), Poly (4-methyl-1-pentene), polynorbornene homo- or copolymer, a polymer based on polycarbonates, polyoxymethylenes, poly (meth) acrylates, polyamides, polyvinyl chloride, polyethylenes, polypropylenes, aliphatic linear or branched polyalkenes, cyclic, polyalkenes, polystyrenes, polyesters, polyacrylonitrile or polyalkylene terephthalates, poly (vinylidene fluoride), or other polymers of poly (isobutene), poly (4-methyl-1-pentene), polynorbornene homo- or copolymer and mixtures thereof, and their mixtures.
Neben Kunststoffen können auch Metalle und/oder Keramik und/oder Glas oder beliebige Kombination dieser Materialien, auch mit den oben genannten Kunststoffen, Anwendung finden.In addition to plastics, it is also possible to use metals and / or ceramics and / or glass or any combination of these materials, including with the abovementioned plastics.
Die Oberfläche kann dabei vollständig oder teilweise mit den Polymeren bedeckt sein.The surface may be completely or partially covered with the polymers.
Es ist möglich, das Polymere nur anzuschmelzen und/oder nur so wenig auf die Oberfläche aufzubringen, das ggf. eine Kornstruktur des Polymeren erhalten bleibt. Es wird so eine Strukturierung der Oberfläche erreicht.It is possible to melt the polymer only and / or to apply it only so slightly to the surface, which possibly retains a grain structure of the polymer. It is achieved as a structuring of the surface.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die Oberflächen rau und hydrophob zu gestalten. Dabei kann es sich um eine Oberfläche mit einer künstlichen Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen handeln, die zudem selbstreinigende Eigenschaften aufweist. Bevorzugt sind die Oberflächenstrukturen im nm bis μm Maßstab. Besonders bevorzugt weisen die Oberflächenstrukturen einen im wesentlichen ähnlichen Abstand zueinander auf.According to the invention it is proposed to make the surfaces rough and hydrophobic. This may be a surface with an artificial surface structure of elevations and depressions, which also has self-cleaning properties. The surface structures are preferably in the nm to μm scale. Particularly preferably, the surface structures have a substantially similar distance from one another.
Außerdem kann die Oberfläche Partikel aufweisen, die mittels eines Trägersystems auf der Oberfläche fixiert sind.In addition, the surface may have particles which are fixed by means of a carrier system on the surface.
Dabei ist zumindest eine Oberfläche des Formkörpers aus einem Material, ausgewählt aus Polymeren, wie z. B. den Polyamiden, Polyurethanen, Polyetherblockamiden, Polyesteramiden, Polyvinylchlorid, Polyolefinen, Polysilikonen, Polysiloxanen, Polymethylmethacrylaten oder Polyterephthalaten sowie Metallen, Fasern, Geweben, Gläsern oder Keramiken gefertigt, dass strömungsoptimierende Eigenschaften aufweist.In this case, at least one surface of the shaped body made of a material selected from polymers, such as. As the polyamides, polyurethanes, polyether block amides, polyester amides, polyvinyl chloride, polyolefins, polysilicones, polysiloxanes, polymethylmethacrylates or polyterephthalates and metals, fibers, fabrics, glasses or ceramics made that has flow-optimizing properties.
Hierzu wird die Oberflächenstruktur durch Aufbringen und Fixieren von Partikeln auf der Oberfläche erzeugt.For this purpose, the surface structure is produced by applying and fixing particles on the surface.
Dabei ist vorgesehen, dass die Partikel einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,05 bis 2000 nm aufweisen.It is provided that the particles have a mean particle diameter of 0.05 to 2000 nm.
Diese Partikel bilden eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometerbereich auf der Oberfläche.These particles form an irregular fine structure in the nanometer range on the surface.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Formkörper eine strukturierte Oberfläche mit regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Erhebungen und/oder Vertiefungen im nm und/oder μM Maßstab aufweist.In a preferred embodiment, it is provided that the shaped body has a structured surface with regular and / or irregular elevations and / or depressions in the nm and / or μM scale.
Dabei weist die Oberfläche zumindest eine fest verankerte Lage von Mikropartikeln auf, welche Erhebungen bilden. Die Erhebungen weisen eine mittlere Höhe von 20 nm bis 25 μm und einen mittleren Abstand von 20 nm bis 25 μm auf. Bevorzugt ist jedoch eine mittlere Höhe von 50 nm bis 4 μm und/oder ein mittlerer Abstand von 50 nm bis 4 μm.In this case, the surface has at least one firmly anchored layer of microparticles, which form elevations. The elevations have a mean height of 20 nm to 25 microns and a mean distance of 20 nm to 25 microns. However, an average height of 50 nm to 4 μm and / or an average distance of 50 nm to 4 μm is preferred.
Ferner weist es selbstreinigende Eigenschaften und durch Mikropartikel gebildete Erhebungen auf, wobei zur Herstellung in die Oberfläche des Flächenextrudates hydrophobe Mikropartikel eingedrückt werden. Die eingesetzten Mikropartikel weisen einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,02 bis 100 μm auf.Furthermore, it has self-cleaning properties and elevations formed by microparticles, wherein hydrophobic microparticles are pressed in to produce the surface of the surface extrudate. The microparticles used have an average particle diameter of 0.02 to 100 microns.
Ferner gehören zur Erfindung strukturierte Oberflächen mit einer niedrigen Oberflächenenergie.Furthermore, the invention includes structured surfaces with a low surface energy.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher strukturierte Oberflächen, die Erhebungen mit einer mittleren Höhe von 10 nm bis 200 μm und einem mittleren Abstand von 10 nm bis 200 μm aufweisen, und deren äußere Form durch eine mathematische Kurven und/oder Funktionen mit einer Symmetrie bezüglich einer Ebene aufweisen.The present invention therefore structured surfaces having elevations with a mean height of 10 nm to 200 microns and a mean distance of 10 nm to 200 microns, and their outer shape by a mathematical curves and / or functions with a symmetry with respect to a Level.
Eine besonders niedrige Oberflächenenergie ist insbesondere dann notwendig, wenn nicht nur hydrophobes, sondern auch oleophobes Verhalten gefordert ist. Dies ist insbesondere bei nichtfesten, öligen Verschmutzungen der Fall. (Lotus-Effect)(TM)A particularly low surface energy is particularly necessary if not only hydrophobic, but also oleophobic behavior is required. This is especially the case with non-solid, oily soils. (Lotus-Effect) (TM)
Zur Herstellung wird die strukturierte, hydrophobe Oberfläche mit Erhebungen und Vertiefungen mit einem Additiv versetzt, dass eine Partikelgröße von 0,0001 bis 20 μm aufweist und einer organischen Matrix, welche zumindest einen thermoplastischen, elastomeren oder duroplastischen Kunststoff aufweist.For the preparation, the structured, hydrophobic surface with elevations and depressions is mixed with an additive which has a particle size of 0.0001 to 20 μm and an organic matrix which has at least one thermoplastic, elastomeric or thermosetting plastic.
Bevorzugte Mikropartikel weisen eine unregelmäßige Feinstruktur im Nanometerbereich an der Oberfläche auf, einen Partikeldurchmesser von 0,02 bis 100 μm, besonders bevorzugt von 0,1 bis 50 μm und ganz besonders bevorzugt von 0,1 bis 10 μm auf. Geeignete Mikropartikel können aber auch einen Durchmesser von kleiner als 500 nm aufweisen oder sich aus Primärteilchen zu Agglomeraten oder Aggregaten mit einer Größe von 0,2 bis 100 μm zusammenlagern.Preferred microparticles have an irregular fine structure in the nanometer range on the surface, a particle diameter of 0.02 to 100 .mu.m, particularly preferably from 0.1 to 50 .mu.m and very particularly preferably from 0.1 to 10 .mu.m. However, suitable microparticles may also have a diameter of less than 500 nm or be composed of primary particles to form agglomerates or aggregates having a size of 0.2 to 100 μm.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Mikropartikel hydrophobe Eigenschaften aufweisen, wobei die hydrophoben Eigenschaften auf die Materialeigenschaften der an den Oberflächen der Partikel vorhandenen Materialien selbst zurückgehen können oder aber durch eine Behandlung der Partikel mit einer geeigneten Verbindung erhalten werden können. Die Mikropartikel können vor oder nach dem Aufbringen bzw. Anbinden auf bzw. an die Oberfläche der Vorrichtung bzw. des Spritzgusskörpers mit funktionalen Eigenschaften ausgestattet worden sein.It may be advantageous if the microparticles have hydrophobic properties, wherein the hydrophobic properties may be due to the material properties of the materials present on the surfaces of the particles themselves or but can be obtained by treating the particles with a suitable compound. The microparticles may have been provided with functional properties before or after the application or bonding on or to the surface of the device or of the injection-molded body.
Zur Erfindung gehört ferner ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Granulaten und -Pulvern.The invention further includes a process for the production of plastic granules and powders.
Sollen Produkte aus Polyolefinen lackiert, bedruckt, beschichtet oder verklebt werden, ist eine Vorbehandlung der Formteile notwendig, da auf der unpolaren Oberfläche dieser Kunststoffe Druckfarben oder Klebstoffe nur unzureichend haften. Üblich sind thermische oder nasschemische Verfahren. Die gewünschte Oxidation der Oberfläche erreicht man auch durch eine – elektronische – Plasmabehandlung.If products made of polyolefins are to be painted, printed, coated or glued, a pre-treatment of the molded parts is necessary since the non-polar surface of these plastics does not sufficiently adhere printing inks or adhesives. Common are thermal or wet chemical processes. The desired oxidation of the surface can also be achieved by means of an electronic plasma treatment.
Ein Plasmaverfahren ermöglicht die Behandlung von Polyolefin-Granulaten und -Pulvern, so daß eine spätere Behandlung der Teile entfallen kann. Mittels eines HF-CVD-Verfahrens können sehr dünne Nanolagen beispielsweise aus Polytetrafluoroethylen (PTFE, [Teflon]) auf verschiedenen Substraten abgeschieden werden. So werden unterschiedliche Materialoberflächen mit beliebigen Eigenschaften funktionalisiert.A plasma process allows the treatment of polyolefin granules and powders, so that a subsequent treatment of the parts can be omitted. By means of an HF-CVD process, very thin nanolayers of, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE, [Teflon]) can be deposited on various substrates. Thus, different material surfaces with any properties are functionalized.
Der chemische Sol-Gel-Prozeß, in dem Nanomaterialien entstehen, ist eine in der Werkstoffentwicklung bisher wenig genutzte Variante der anorganischen Synthesechemie. Mit ihm lassen sich aus flüssigen Ausgangsprodukten über einen Niedertemeperaturprozeß anorganische oder anorganischeorganische Werkstoffe produzieren und in Zusammensetzung und Struktur breit gestalten.The chemical sol-gel process in which nanomaterials are formed is a variant of inorganic synthetic chemistry that has hitherto been little used in materials development. It can be used to produce inorganic or inorganic organic materials from liquid starting materials via a low-temperature process and to make them broad in composition and structure.
Die Verwendung von Keramiken zur Nanostrukturierung von Oberflächen hat zum Ziel, Eigenschaften bekannter Werkstoffe zu verändern bzw. bekannte Materialien mit neuen Funktionen zu versehen, bspw. durch Prägeprozesse Säulenstrukturen im Bereich von 20 bis zu 300 Nanometern auf Metall und Kunststoffen zu erzeugen. Das führt zu einer Veränderung der Grenzflächeneigenschaften. Die Ausbildung von Halbkugeln mit einem Radius von 250 bis 350 Nanometern auf zum Beispiel Glasoberflächen vermindert deren Lichtreflexion deutlich. Dieser Effekt beruht auf der Schaffung eines kontinuierlichen Übergangs zwischen der umgebenden Luft und der Glasoberfläche, der so nur durch Nanostrukturen erreicht werden kann.The aim of the use of ceramics for nanostructuring of surfaces is to modify the properties of known materials or to provide known materials with new functions, for example to produce column structures in the range from 20 to 300 nanometers on metal and plastics by embossing processes. This leads to a change of the interface properties. The formation of hemispheres with a radius of 250 to 350 nanometers on, for example, glass surfaces significantly reduces their light reflection. This effect is based on the creation of a continuous transition between the surrounding air and the glass surface, which can only be achieved by nanostructures.
Eine Kombination aus Mikro- und Nanostrukturierung kann einfach und leicht genutzt werden, um die Oberflächen zu verändern.A combination of micro- and nanostructuring can be easily and easily used to modify the surfaces.
Das Aufbringen des die Partikel aufweisenden Lösemittels auf die Polymeroberfläche kann z. B. durch Auf sprühen, Aufrakeln, Auftropfen oder durch Eintauchen der Polymeroberfläche in das die Partikel aufweisende Lösemittel erfolgen.The application of the solvent having the particles on the polymer surface can, for. B. by spraying, knife coating, dripping or by immersing the polymer surface in the particles having solvent.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können strömungsgünstige Polymeroberfläche hergestellt werden, die eine künstliche, zumindest teilweise hydrophobe Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, die sich dadurch auszeichnen, dass die Erhebungen und Vertiefungen durch an der Polymeroberfläche fixierte Partikel gebildet werden.By means of the method according to the invention, it is possible to produce a flow-favorable polymer surface which has an artificial, at least partially hydrophobic surface structure of elevations and depressions, which are characterized in that the elevations and depressions are formed by particles fixed to the polymer surface.
Die Partikel können auch als Aggregate oder Agglomerate vorliegen, wobei gemäß DIN 53 206 unter Aggregaten flächig oder kantenförmig aneinander gelagerte Primärteilchen (Partikel) und unter Agglomeraten punktförmig aneinander gelagerte Primärteilchen (Partikel) verstanden werden.The particles can also be present as aggregates or agglomerates, according to
Die beschriebenen Strukturen können z. B. durch ein Spritzgussverfahren in Kombination mit einem durch LIGA-Verfahren hergestellten, konventionellen Spritzgusswerkzeug hergestellt werden. Das LIGA-Verfahren ist ein Strukturierungsverfahren, das auf Grundprozessen der Röntgen-Lihographie, Galvanik und Abformung beruht. Das Verfahren unterscheidet sich von der Mikromechanik dadurch, dass die Strukturen nicht durch einen Ätzprozess im Grundmaterial erzeugt werden, sondern über ein Werkzeug kostengünstig abgeformt werden können. Im vorliegenden Fall dient das LIGA-Verfahren zur Herstellung des Werkzeugs.The structures described may, for. Example by an injection molding process in combination with a manufactured by LIGA process, conventional injection molding tool. The LIGA process is a structuring process based on basic processes of X-ray lithography, electroplating and impression taking. The method differs from micromechanics in that the structures are not produced by an etching process in the base material, but can be molded inexpensively via a tool. In the present case, the LIGA process is used to manufacture the tool.
Weiterhin kann man auf diese Weise unerwünschte Veränderungen der physikalischen Eigenschaften der Substrate weitgehend ausschließen, da nur eine sehr dünne Schicht an der Oberfläche des Substrates verändert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit anderen Methoden zur Oberflächennachbehandlung problemlos kombiniert werden. So ist z. B. möglich, nach der thermisch unterstützten Auftragung der Polymere eine Hydrophilierung mit Wasser bzw. Säuren durchzuführen.Furthermore, unwanted changes in the physical properties of the substrates can largely be ruled out in this way since only a very thin layer on the surface of the substrate is changed. The process according to the invention can easily be combined with other surface treatment methods. So z. B. possible to perform a hydrophilization with water or acids after the thermally assisted application of the polymers.
Die Werkstoffeigenschaften der verschiedenen Kunststoffe werden nur unwesentlich beeinflusst. Kennwerte wie Dauergebrauchstemperatur, Kriechfestigkeit, thermische und elektrische Isolation bleiben erhalten. Das Compound ist unter allen erdenklichen Herstellungs-, Verarbeitungs- und Anwendungsbedingungen einsetzbar. Es kommt bei Halbzeugen aus PEEK, PPSU, POM-C, PET sowie bei Spritzgussteilen, extrudierten Profilen und kalandrierten Platten zum Einsatz.The material properties of the various plastics are only insignificantly influenced. Characteristics such as continuous operating temperature, creep resistance, thermal and electrical insulation are retained. The compound can be used under all conceivable manufacturing, processing and application conditions. It is used in semi-finished products made of PEEK, PPSU, POM-C, PET as well as injection-molded parts, extruded profiles and calendered sheets.
Die erfindungsgemäßen Formkörper können alternativ und/oder ergänzend zu den vorgenannten Eigenschaften die folgenden Eigenschaften aufweisen. Auch ist daran gedacht, daß ein erfindungsgemäßer Formkörper zumindest abschnittsweise mehrere Eigenschaften aufweisen kann.
- • Flammschutz
- • gleitreibungsarm
- • strömungsoptimiert
- • Korrosionsschutz
- • elektrochemisch aktive
- • reflektionsarm
- • elektrochrom
- • photochrom
- • piezoelektrisch
- • leitfähig
- • Kratzschutz
- • Antireflex
- • flame retardant
- • Low friction
- • flow-optimized
- • corrosion protection
- • electrochemically active
- • low reflection
- • electrochromic
- • photochromic
- • piezoelectric
- • conductive
- • Scratch protection
- • Anti-reflex
Zur Herstellung von erfindungsgemäßen Formkörpern können alternativ und/oder ergänzend zu den vorgenannten Verfahren die folgenden Verfahren angewandt werden.
- • Plasmaverfahren
- • Laserverfahren
- • Sol-Gel-Verfahren
- • Galvanische Verfahren
- • Erzeugung von Nanostrukturen durch Selbstorganisation
- • Nanostrukturierung von Materialien und Oberflächen
- • Aufdampfen im Hochvakuum (Elektronenstrahlverdampfen)
- • Aufdampfen im Hochvakuum (Widerstandstiegelverdampfen)
- • Kathodenzerstäubung
- • CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition)
- • PVD (Physical Vapour Deposition)
- • LIGA-Verfahren
- • Thermische Oxidation
- • Mikrogalvanik (Hartlegierungsabscheidungen)
- • Spritzguß von Mikrokomponenten aus Kunststoffen
- • Vakuumbeschichtung
- • chemisch galvanischen Beschichtung
- • lnmould-coating
- • Pre-coating
- Plasma process
- • Laser process
- • Sol-gel method
- • Galvanic process
- • Generation of nanostructures through self-organization
- • Nanostructuring of materials and surfaces
- Vapor deposition in a high vacuum (electron beam evaporation)
- Vapor deposition in a high vacuum (resistance crucible evaporation)
- • sputtering
- • CVD process (Chemical Vapor Deposition)
- • PVD (Physical Vapor Deposition)
- • LIGA procedure
- • Thermal oxidation
- • Microplating (hard alloy depositions)
- • Injection molding of microcomponents made of plastics
- • Vacuum coating
- • chemically galvanic coating
- • Inmould-coating
- • Pre-coating
Außerdem gehört zur Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Formkörpern. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.In addition, the invention relates to a process for the preparation of moldings according to the invention. Advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in the subclaims.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawings, embodiments of the invention are shown schematically. Show it:
Gemäß der Ausführungsform in
Widerstandsvermindernde Rillenoberflächen (Riblets) bestehen aus mikroskopisch kleinen Rillen, die parallel zur Strömung ausgerichtet sind. Die Rillen müssen so dimensioniert sein, dass sie für die Strömung wie eine hydraulisch glatte Oberflächen wirken. Die widerstandsvermindernde Wirkung besteht in einer Behinderung der turbulenten Queranteile der Strömung an der Wand. Die erfindungsgemäßen Riblet-Oberflächen können die turbulente Wandreibung um bis zu 10% vermindern.Resilient groove surfaces (riblets) consist of microscopic grooves aligned parallel to the flow. The grooves must be dimensioned to act as a hydraulically smooth surface for the flow. The resistance-reducing effect is a hindrance of the turbulent transverse portions of the flow on the wall. The riblet surfaces according to the invention can reduce the turbulent wall friction by up to 10%.
Eine Korrelation zwischen Strömungsgeschwindigkeit und dem Riefenabstand besteht insoweit, dass engere Riefen mit größerer Wahrscheinlichkeit kleiner als die halbe laterale Wellenlänge sind und somit kleinere Turbulenzen generieren. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, dass die Riblet-Oberflächen im Bereich des Beatmungsgerätes, in Abhängigkeit von dort vorherrschenden Strömungsbedingungen unterschiedliche Ribletausmaße und/oder unterschiedliche Riblet-Abstände aufweisen.A correlation between flow velocity and groove spacing exists in that narrower grooves are more likely to be less than half the lateral wavelength and thus generate smaller turbulence. According to the invention, it is therefore proposed that the riblet surfaces in the area of the respirator have different riblet dimensions and / or different riblet spacings, depending on the prevailing flow conditions there.
Die Ergebnisse durchgeführter Versuche zeigen einen um 5–10% geringeren Widerstand der Riefenfolie gegenüber einer glatten Struktur.The results of experiments show a 5-10% lower resistance of the scoring foil to a smooth structure.
Die Widerstandserniedrigung durch die Rillenstruktur kann durch das Auftreten unterschiedlicher, strukturierter Unterbereiche in der Grenzschicht erklärt werden. Diese Grenzschichten haben Einfluss auf die Turbulenzen.The drag reduction by the groove structure can be explained by the appearance of different, structured subregions in the boundary layer. These boundary layers have an influence on the turbulence.
In der laminaren Unterschicht der Strömung treten Streifen mit hoher Geschwindigkeit alternierend mit Streifen niedriger Geschwindigkeit auf. Diese Strukturen beeinflussen das Turbulenzverhalten an der Grenzschicht. Die Abstände der Streifen lassen sich wie folgt berechnen:
W = 100 l
l = v/Uτ
W – Riefenabstand
l – charakteristische Länge der Unterschicht
v – kinematische Viskosität
Uτ – ReibungsgeschwindigkeitIn the laminar underlayer of the flow, high speed streaks alternate with low speed streaks. These structures influence the turbulence behavior at the boundary layer. The distances of the stripes can be calculated as follows:
W = 100 l
l = v / Uτ
W - score distance
l - characteristic length of the lower layer
v - kinematic viscosity
Uτ - friction speed
Die Reibungsgeschwindigkeit ist definiert als: Reynoldszahl = Trägheitskräfte/Reibungskräfte. Sie beschreibt die hydrodynamische Ähnlichkeit eines Körpers, abhängig von der Viskosität seines umgebenden Mediums.The friction rate is defined as: Reynolds number = inertial forces / friction forces. It describes the hydrodynamic similarity of a body, depending on the viscosity of its surrounding medium.
Erfindungsgemäß ist die Verwendung von Oberflächen mit hohen Reynoldszahlen vorgesehen. Die Trägheit des Mediums ist gleich, durch sehr geringe Reibungskräfte im Bereich der Oberfläche werden hohe Reynoldszahlen erreicht. Diese werden durch die charakteristische Riefenstruktur erreicht.According to the invention, the use of surfaces with high Reynolds numbers is provided. The inertia of the medium is the same, high Reynolds numbers are achieved by very low frictional forces in the area of the surface. These are achieved by the characteristic ridge structure.
Zusammenfassend gilt, dass in Bereichen schnellerer Strömung Rillen mit geringerem Abstand eingesetzt werden, als in Bereichen mit langsamer Strömung; die Rillen sind entlang der Strömung ausgerichtet und überlappen einander.In summary, in regions of faster flow, grooves are used at a smaller distance than in areas with slow flow; the grooves are aligned along the flow and overlap each other.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, dass die erfindungsgemäßen Oberflächen kaum verschmutzen, es ist also ein Lotuseffekt zu beobachten.Another aspect of the invention is that the surfaces according to the invention hardly pollute, so it is a lotus effect observed.
Der Luftwiderstand kann beschrieben werden durch die Formel W = Rho/2·cw·A·V2.The air resistance can be described by the formula W = Rho / 2 * cw * A * V 2 .
Möchte man mit einer bestimmten Leistung eine schnellere Strömung erreichen, so kann dies also durch Reduzierung des cw-Wertes und der Fläche A erfolgen (die Luftdichte Rho ist durch Luftdruck und Temperatur vorgegeben). Während die Fläche nur bis zu gewissen Grenzen verkleinert werden kann, besteht beim cw-Wert extremes Potential. Der Luftwiderstand W läßt sich in einen Druck- und einen Reibungsanteil zerlegen.If you want to achieve a faster flow with a certain power, then this can be done by reducing the cw value and the area A (the air density Rho is given by air pressure and temperature). While the area can only be reduced to a certain extent, the cw value has extreme potential. The air resistance W can be decomposed into a pressure and a friction component.
Der Druckwiderstand beinhaltet Formfehler und daraus resultierende Wirbelbildungen. Findet durch Strömungsablösungen kein vollständiger Druckausgleich mehr statt, so entsteht eine Widerstandskraft, die Druckwiderstand genannt wird. Durch perfekte Formgebung kann man diesen jedoch auf ein Minimum reduzieren.The pressure resistance includes shape errors and resulting vortices. If no complete pressure compensation takes place due to flow separations, a resistance force called pressure resistance arises. However, perfect shaping can reduce it to a minimum.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Form nahe dem absoluten Optimum zu gestalten, sodaß sich hier die ”Stromlinien” nahezu ohne Druckverluste/Wirbel wieder schließen. Dadurch erhöht sich der Reibungsanteil, dem daher hier mehr Beachtung geschenkt werden muß. Der Reibungswiderstand entsteht durch Schubspannungen zwischen Körper und umströmendem Medium.Another object of the present invention is to make the shape close to the absolute optimum so that the "streamlines" close again with almost no pressure losses / swirls. This increases the proportion of friction, which therefore must be paid more attention here. Of the Frictional resistance arises from shear stresses between the body and the medium flowing around it.
Den Reibungswiderstand kann man in einen laminaren und einen turbulenten Anteil zerlegen. Im vorderen Teil der Verkleidung ist die Strömung zunächst laminar, schlägt dann aber je nach Form und Oberfläche an einer Stelle um in turbulente Strömung, was im darauffolgenden Bereich eine deutliche Widerstandserhöhung bedeutet. Folglich muß versucht werden, die Strömung in der Grenzschicht so lange wie möglich laminar zu halten. Dies kann erreicht werden durch die Verwendung von Laminarprofilen, bei denen die größte Breite frühestens bei 50% der Gesamtlänge erreicht wird, wodurch die Strömung länger beschleunigt wird und auf dieser Beschleunigungsstrecke einfacher laminar gehalten werden kann.The frictional resistance can be broken down into a laminar and a turbulent fraction. In the front part of the cladding, the flow is initially laminar, but then bends depending on the shape and surface at one point in turbulent flow, which means a significant increase in resistance in the following area. Consequently, it is necessary to try to keep the flow in the boundary layer as laminar as possible for as long as possible. This can be achieved by the use of laminar profiles, where the largest width is reached at the earliest at 50% of the total length, whereby the flow is accelerated longer and can be kept easier laminar on this acceleration section.
Eine weitere Möglichkeit, die Strömung laminar zu halten, besteht in der Optimierung der Oberfläche im vorderen Bereich durch beispielsweise Riblet-Oberflächen. Ist dagegen die Strömung durch einen Formfehler an einer bestimmten Stelle abgerissen, so besteht durch Vergrößerung der Rauhigkeit in diesem Bereich die Möglichkeit, die Strömung durch diese definierte Energiezuführung wieder einzufangen und damit den Widerstand (den Druckwiderstand) zu verringern.Another way to keep the flow laminar is to optimize the front surface by, for example, riblet surfaces. If, on the other hand, the flow has been torn off by a shape error at a certain point, then by increasing the roughness in this region, it is possible to recapture the flow through this defined energy supply and thus to reduce the resistance (the pressure resistance).
Der turbulente Teil der Grenzschicht kann alternativ zumindest teilweise dadurch laminarisiert werden, dass über kleine Bohrungen in der Oberfläche entstehende ”Miniwirbel” abgeführt werden.Alternatively, the turbulent part of the boundary layer can be at least partially laminarized by discharging "mini-vortexes" created by small holes in the surface.
Erfindungsgemäß wird ist auch an eine Anwendung der numerischen Strömungsmechanik gedacht, um Wandschubspannung, Reibungsbeiwerte, Wandreibung, Luftwiderstand und deren Betrag zum Gesamtwiderstand zu erfassen.According to the invention, an application of the numerical fluid mechanics is also intended to detect wall shear stress, friction coefficients, wall friction, air resistance and their absolute value to the total resistance.
In
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Prüfling 1 ResMed; Mirage (aus aktueller Serie)
Prüfling 2 ResMed; Ultra Mirage (aus aktueller Serie)
Prüfling 3 Respironics; Comfort Select (aus aktueller Serie)
Prüfling 4 MAP; Papillon (aus aktueller Serie)
Prüfling 5 Weinmann; SOMNO mask (aus aktueller Serie)
Prüfling 6 Weinmann; SOMNO plus (aus aktueller Serie)
Prüfling 7 Weinmann; vented (seriennaher Prototyp)
Prüfling 8 Weinmann; nonvented (seriennaher Prototyp)
Als Prüfmittel wurde das Timeter PM-Nr. 107-015 verwendet, das als Flowmeßgerät eingesetzt wurde. Als Druckmeßgerät kam das SI PM-Nr. 205-029 zum Einsatz. Darüber hinaus erfolgte der Einsatz eines Gerätes Weinmann Typ SOMNOcomfort, das zur Ermöglichung der Einstellung einer konstanten Drehzahl modifiziert wurde. Der in
Der Strömungswiderstand der Prüflinge wurde für die Volumenströme 50 l/min und 100 l/min gemessen. Das Maß für den Strömungswiderstand ist die Höhe des Staudrucks vor dem Versuchsobjekt im Vergleich zum Umgebungsdruck. Der Staudruck wird durch einen dünnen Schlauch, der vor dem Versuchsobjekt am Strömungskanal angeschlossen ist, zum Druckmessgerät geleitet und dort gemessen. Die beiden Volumenstromwerte (50 l/min und 100 l/min) wurden durch ein modifiziertes SOMNOcomfort, dessen Drehzahl konstant eingestellt werden kann, erzeugt und mittels Timeter überprüft. Sämtliche gewollten (Ausströmöffnungen) und nicht gewollten (Schnittstellen, z. B. zwischen Winkel und Drehhülse) Öffnungen wurden vor Beginn der Messung abgedichtet.The flow resistance of the specimens was measured for the volume flows 50 l / min and 100 l / min. The measure of the flow resistance is the height of the dynamic pressure in front of the test object compared to the ambient pressure. The dynamic pressure is passed through a thin tube, which is connected to the test object on the flow channel, to the pressure gauge and measured there. The two volume flow rates (50 l / min and 100 l / min) were generated by a modified SOMNOcomfort, whose speed can be set constant, and checked by Timeter. All wanted (outflow) and unwanted (interfaces, eg between angle and rotating sleeve) openings were sealed before starting the measurement.
Neben der erfindungsgemäßen Oberflächengestaltung kommt auch der Strömungsführung eine erhebliche Wichtigkeit zu. Insbesondere bei einem Patienteninterface in Form einer Maske wird häufig ein winkelförmiges Anschlußstück zur Verbindung mit dem Beatmungsschlauch verwendet. Die Geometrie des Winkels und des Schlauchanschlusses stellen einen wesentlichen Einflußfaktor für den resultierenden Strömungswiderstand dar. Hinsichtlich der Reduzierung des Strömungswiderstandes erweist sich ein Anschlußwinkel von < 70° Grad und ein Anschlußdurchmesser > 18 mm als besonders vorteilhaft. Durch die Reduzierung des Strömungswiderstandes kommt der vom Beatmungsgerät erzeugte Druck unmittelbar beim Patienten an. Die Reduzierung der Strömungswiderstände trägt somit zu einer verbesserten Durchführung der Therapie bei. Darüber hinaus können die Regelgenauigkeit erhöht und Energieeinsparungen erreicht werden.In addition to the surface design according to the invention also the flow control is of considerable importance. In particular, in the case of a patient interface in the form of a mask, an angle-shaped connecting piece is frequently used for connection to the breathing tube. The geometry of the angle and the hose connection represent a significant influencing factor for the resulting flow resistance. With regard to the reduction of the flow resistance, a connection angle of <70 ° degrees and a connection diameter> 18 mm proves to be particularly advantageous. By reducing the flow resistance, the pressure generated by the ventilator comes directly to the patient. The reduction of the flow resistance thus contributes to an improved implementation of the therapy. In addition, the control accuracy can be increased and energy savings can be achieved.
Die Bedeutung einer strömungsmechanischen Formoptimierung sinkt mit der Strömungsgeschwindigkeit nichtlinear. Jedoch ist gerade im Bereich von hohen Beatmungsdrücken und hohen Flows der Einfluß einer strömungsmechanisch günstigen Form insbesondere energiesparend, schallvermindernd und die Qualität der Therapie erhöhend.The importance of a fluid mechanical shape optimization decreases nonlinearly with the flow velocity. However, especially in the area of high ventilation pressures and high flows, the influence of a fluid-favorable form is particularly energy-saving, reduces sound and increases the quality of the therapy.
Weitere Untersuchungen zielten ab auf die Verminderung des Abstrahlwirkungsgrades überströmter Kanten. Schall entsteht an überströmten Kanten durch Umwandlung eines Teils der turbulenten Wanddruckschwankungen in ausbreitungsfähige Druckwellen. Da dieser Prozess ursächlich mit der unstetigen Änderung der Randbedingungen an der Kante zusammenhängt, wurde eine Änderung der Kanteneigenschaften im Sinne eines mehr stetigen Überganges von der harten Wand in die freie Strömung auch hier als potenzielle Lösung zur Lärmminderung angesehen.Further investigations aimed at reducing the radiation efficiency of overflowed edges. Sound is created at overflowed edges by converting part of the turbulent wall pressure fluctuations into propagatable pressure waves. Since this process is causally related to the unsteady change of the boundary conditions at the edge, a change of the edge properties in the sense of a more steady transition from the hard wall to the free flow was regarded as a potential solution for noise reduction.
In
Eine Anpassung an die jeweiligen Einsatzanforderungen kann durch die Geometrie der Strömungsleitelemente (
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist auch daran gedacht, alternativ oder ergänzend zum Strömungsleitelement (
Ein weiteres Anwendungsfeld für die Optimierung der Strömungsführung betrifft die Atemgasgenerierung und die hierfür eingesetzten Bauelemente. Der Rotor des Gebläses stellt die wesentlichste Schallquelle dar und zeigt eine starke Abhängigkeit von der Spaltbreite zu den Rotorbegrenzungen. Durch eine systematische Verringerung der Spaltbreite (bis auf 85% des Ausgangszustands) konnte eine beträchtliche Lärmminderung, erreicht werden, die zum großen Teil durch die mit der Spaltverengung verbundene Absenkung der Abströmgeschwindigkeit an der Hinterkante verursacht wird. Another field of application for the optimization of the flow control relates to the generation of respiratory gas and the components used for this purpose. The rotor of the fan is the most important sound source and shows a strong dependence on the gap width to the rotor boundaries. By systematically reducing the gap width (up to 85% of the initial state), a considerable reduction in noise could be achieved, caused in large part by the lowering of the discharge velocity at the trailing edge associated with the gap narrowing.
Die Abströmgeräusche an den End- und Seitenkanten und den Übergängen können durch geeignete Kantengestaltung (z. B. Bürsten, poröse Endkanten) beträchtlich gemindert werden.The bleed noise at the end and side edges and the transitions can be significantly reduced by suitable edge shaping (eg brushes, porous end edges).
Die Messungen des Druckabfalls unterschiedlich optimierter Beatmungsgeräte bei jeweils verschiedenem Flow ergeben spezifische Druck-Fluss-Kennlinien.
Die verschiednen Linien in
- a – normal
- b – Bürsten
- c – Haihaut
- d – Geometrie des Anschlußstückes PI – Schlauch
- e – Bürsten + Haihaut + Geometrie des Anschlußstückes PI – Schlauch
- a - normal
- b - brushes
- c - shark skin
- d - geometry of the connector PI - hose
- e - brushes + shark skin + geometry of the fitting PI - hose
Der Druckverlust, bedeutet eine zusätzliche, uneffektive Atemarbeit. Diese zusätzliche Atemarbeit muß geleistet werden vom:
- a) Patient
- b) Beatmungsgerät
- c) Beatmungsgerät und Patient.
- a) patient
- b) ventilator
- c) Respirator and patient.
Sollte der Patient die Arbeit übernehmen müssen, droht eine frühzeitige respiratorische Erschöpfung. Im Falle der Übernahme durch das Beatmungsgerät muß dieses bei einer Binatmung zusätzliche Arbeit leisten, was einen erhöhten Energieverbrauch, eine erhöhte Schallentwicklung und auch eine verschlechterte Reglungsgenauigkeit zur Folge haben kann. während der Expiration muß der Druck im PI derart abgesenkt werden, dass die Ausatmung nicht behindert wird und eine effektive CO2-Elimination möglich ist.Should the patient have to do the work, premature respiratory fatigue is imminent. In the case of takeover by the ventilator this must perform additional work in a Binatmung, which can result in increased energy consumption, increased sound development and also a deteriorated control accuracy. During the expiration the pressure in the PI has to be lowered in such a way that the exhalation is not obstructed and an effective CO2-elimination is possible.
Im Bereich einer dem Gerätegehäuse (
Die Oberflächenbeschichtungen können in unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden, die teilweise vorstehend bereits beispielhaft erläutert worden. Die Oberflächenbeschichtungen können durch die erläuterten Einbringungen von Partikeln erzeugt werden, es sind aber auch Bedampfungen, Kaschierungen oder Plasmabeschichtungen verwendbar. Ebenfalls können die bereits erläuterten Verfahren zum Aufbringen von flüssigen Beschichtungen in Reinform oder verdünnt mit Lösungsmitteln zum Einsatz kommen. Auch Oberflächenbearbeitungen, beispielsweise unter Verwendung mechanischer Mittel, Laser- oder Elektronenstrahlen sind möglich.The surface coatings can be prepared in different methods, some of which have already been exemplified above. The surface coatings can are generated by the described incorporation of particles, but there are also vapor depositions, laminations or plasma coatings used. Likewise, the already explained methods for applying liquid coatings in pure form or diluted with solvents can be used. Also surface treatments, for example using mechanical means, laser or electron beams are possible.
Diese Erhebungen sind in verschiedenen Formen regelmäßige Strukturen bildend auf der Oberfläche angeordnet.These elevations are arranged in various forms forming regular structures on the surface.
Die Erfindung umfaßt in einer Ausführungsform beispielsweise folgende Zubehörteile die im Bereich der Beatmung eingesetzt werden können:
Anfeuchter (
Humidifier (
Bei Beatmungsgeräten wird pro Minute ein Luftvolumenstrom von bis zu 400 l erzeugt. Die Dimensionen eines Beatmungsgerätes, des Patientenschlauches und des Patienteninterface sind im wesentlichen innerhalb enger Grenzen fest vorgegeben. Der Energieaufwand zur Erzeugung des Luftstromes erhöht sich daher mit steigender Strömungsgeschwindigkeit überproportional. Gleichzeitig erhöht sich die Geräuschentwicklung mit steigender Strömungsgeschwindigkeit.With ventilators, an air volume flow of up to 400 l is generated per minute. The dimensions of a ventilator, the patient tube and the patient interface are essentially fixed within narrow limits. The energy required to generate the air flow therefore increases disproportionately with increasing flow velocity. At the same time, the noise increases with increasing flow velocity.
Die Verminderung der Geräuschentwicklung gemessen in 1 Meter Entfernung kann typischerweise wenigstens 5% oder wenigstens 1 dB(A) betragen. Hinsichtlich einer Verminderung des erforderlichen Energiebedarfes ist insbesondere daran gedacht, daß die Verminderung wenigstens 2% beträgt. Eine weitere Variante besteht darin, daß die Verminderung eines Zeitaufwandes für eine erforderliche Reinigung wenigstens 10% beträgt.The reduction in noise measured at 1 meter distance may typically be at least 5% or at least 1 dB (A). With regard to a reduction of the required energy requirement is especially thought that the reduction is at least 2%. Another variant is that the reduction of a time required for a required cleaning is at least 10%.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen die Reibungskraft der Oberflächen herabzusetzen, um Energie einzusparen und/oder die Geräuschentwicklung zu begrenzen. Die erfindungsgemäßen widerstandsverminderten Oberflächen bestehen aus mikroskopisch kleinen Strukturen der Oberfläche beispielsweise Rillen, die bevorzugt parallel zur Strömung des Mediums ausgerichtet sind. Bekannt sind solche Oberflächen aus der Natur, beispielsweise von der Haihaut. Die Oberflächenstrukturen sind so dimensioniert sein, daß sie für das strömende Medium wie eine hydraulisch glatte Oberflächen wirken. Die widerstandsverminderte Wirkung besteht in einer Behinderung der turbulenten Anteile der Strömung an der Wand.According to the invention it is therefore proposed to reduce the frictional force of the surfaces in order to save energy and / or limit the noise. The resistance-reduced surfaces according to the invention consist of microscopically small structures of the surface, for example grooves, which are preferably aligned parallel to the flow of the medium. Such surfaces are known from nature, for example from the shark skin. The surface structures are to be dimensioned to act as a hydraulically smooth surface for the flowing medium. The resistance-reduced effect consists in a hindrance of the turbulent portions of the flow on the wall.
Bevorzugt weisen die Oberflächenstrukturen einen im wesentlichen gleichen Abstand zueinander auf, der im Bereich 100 nm–200 μm liegt. Besonders bevorzugt im Bereich 5 μm bis 100 μm. Besonders bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Oberflächen eine Widerstandsverminderung im Bereich von > 1,0% auf.Preferably, the surface structures have a substantially equal distance from each other, which is in the
Der luftführende Teil eines Beatmungsgerätes und/oder Schlauches weist erfindungsgemäß wenigstens abschnittsweise eine strukturierte Oberfläche mit regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Erhebungen auf und/oder weist eine Oberfläche auf, die die Reibung eines strömenden Mediums vermindert und/oder weist eine strömungsoptimierte Oberfläche auf.According to the invention, the air-carrying part of a respirator and / or hose at least in sections has a structured surface with regular and / or irregular elevations and / or has a surface which reduces the friction of a flowing medium and / or has a flow-optimized surface.
Zur Vermeidung eines Austrocknens der Atemwege wird typischerweise eine Befeuchtung der Atemluft durchgeführt. Da Patienten erwärmte Luft als angenehm empfinden und da durch eine Beheizung beispielsweise mittels eines Heizelements (
Im Bereich des Anfeuchters kann eine Gasleitung (
Außenseitig am Verbindungsschlauch (
Bei dem in
Das Sauerstoffzuschaltventil kann bevorzugt eine selbstreinigende und/oder hydrophile und/oder oleophobe und/oder reibungsarme und/oder leitende Oberfläche besitzen.The oxygen-switching valve may preferably have a self-cleaning and / or hydrophilic and / or oleophobic and / or low-friction and / or conductive surface.
Als nächstes Anwendungsbeispiel wird nachfolgend ein Patienteninterface erläutert. Gemäß dem in
Maskenkörper (
Mask body (
Der Maskenwulst (
Alternativ zu einer Maske werden verschiedene andere Patienten-Interfaces verwandt. Beispielhaft sind folgende genannt: Nasenstopfen (Nasal pillows), Tuben, Tracheostoma, Katheter.As an alternative to a mask, various other patient interfaces are used. Examples include the following: nasal pillows, tubes, tracheostoma, catheter.
Im folgenden werden Masken und alle Masken-Bauteile, sowie andere Patienten-Interfaces wie Nasal pillows vereinfacht unter dem Begriff Patienten-Interfaces zusammengefaßt.In the following, masks and all mask components, as well as other patient interfaces, such as Nasal pillows, are simplified in the term patient interfaces.
Patienten-Interfaces können bevorzugt wenigstens abschnittsweise eine keimabweisende und/oder selbstreinigende und/oder hydrophobe und/oder oleophobe und/oder fotokatalytische und/oder kratzfeste und/oder beschlagfreie und/oder hautfreundliche und/oder reibungsarme und/oder elektrisch leitfähige Oberfläche besitzen.Patient interfaces may preferably at least in sections have a germ-repellent and / or self-cleaning and / or hydrophobic and / or oleophobic and / or photocatalytic and / or scratch-resistant and / or anti-fogging and / or skin-friendly and / or low-friction and / or electrically conductive surface.
Besonders bevorzugt ist daran gedacht Patienten Interfaces im Bereich Ihrer der Luftströmung zugewandten Seite durch geeignete glatte Kunststoffe und/oder lackierte Oberflächen und/oder beschichtete Kunststoffe und/oder Oberflächen die eine Strukturierung im Nanometer- bis Mikrometer-Maßstab aufweisen derart auszurüsten, daß hierdurch eine reduzierte Reibung erzielt werden kann.It is particularly preferred to provide patient interfaces in the region of their side facing the air flow by suitable smooth plastics and / or coated surfaces and / or coated plastics and / or surfaces structuring on the nanometer to micrometer scale equip in such a way that thereby a reduced Friction can be achieved.
Die Erfindung kann auch im Zusammenhang mit einem Filter angewendet werden. Insbesondere bei Beatmungsgeräten, aber auch bei anderen medizintechnischen Geräten werden vor allem im Ansaugbereich der Luft Filter eingesetzt um Schwebstoffe, Staubteile, Mikroorganismen zurückzuhalten. Mit Hilfe der Filter sollen Verunreinigungen des Geräts und die Kontamination des Patienten vermieden werden. Alternativ und/oder zusätzlich werden auch im Bereich zwischen Gerät und Patient beziehungsweise Anwender Filter eingesetzt, vor allem um hygienische Kontaminationen zu vermeiden. Üblicherweise werden die Filter als Steckfilter auswechselbar eingesetzt. Auch werden sogenannte Kombinationsfilter eingesetzt, die beispielsweise als Grob- und Fein-Filter ausgebildet sein können. Wird ein Filter nicht regelmäßig gereinigt und/oder ausgewechselt, so können Zurückgehaltene Schwebstoffe, Staubteile, Mikroorganismen den Durchströmungswiderstand des Filters heraufsetzen was dazu führt, daß die Leistung des Gerätes abnimmt beziehungsweise Verunreinigungen zum Patienten geleitet werden. Filter nach dem Stand der Technik müssen häufig ausgetauscht werden, was zeit- und kostenintensiv ist.The invention can also be used in conjunction with a filter. Especially in respirators, but also in other medical devices, filters are mainly used in the intake of the air to retain suspended matter, dust particles, microorganisms. With the help of the filters impurities of the device and the contamination of the patient should be avoided. Alternatively and / or additionally, filters are also used in the area between the device and the patient or user, in particular in order to avoid hygienic contamination. Usually, the filters are used interchangeably as plug-in filters. Also called combination filters are used, which may be formed, for example, as coarse and fine filters. If a filter is not regularly cleaned and / or replaced, retained particulate matter, dust particles, microorganisms can increase the flow resistance of the filter, which leads to a decrease in the performance of the device or contamination to the patient. Filters of the prior art must be replaced frequently, which is time consuming and expensive.
Erfindungsgemäß ist daran gedacht, die Filter mit funktionalen Oberflächen auszurüsten. Dadurch wird eine längere Betriebsdauer der Filter ermöglicht, was hilft Kosten einzusparen.According to the invention, it is intended to equip the filters with functional surfaces. This allows a longer operating time of the filters, which helps to save costs.
Bevorzugt ist daran gedacht Filter im Bereich Ihrer der Luftströmung zugewandten Seite durch geeignete glatte Kunststoffe und/oder lackierte Oberflächen und/oder beschichtete Kunststoffe und/oder Oberflächen die eine Strukturierung im Nanometer- bis Mikrometer-maßstab aufweisen derart auszurüsten, daß hierdurch eine reduzierte Reibung erzielt werden kann. Bevorzugt ist ebenfalls daran gedacht sogenannte HME-Filter (Heat moisture exchange) derart auszurüsten, daß sie einen reduzierten Reibungswiderstand aufweisen und/oder keimabweisend und/oder selbstreinigend und/oder oleophob und/oder fotokatalytisch sind.Preference is given to filter in the area of your air flow side facing by suitable smooth plastics and / or painted surfaces and / or coated plastics and / or surfaces structuring on the nanometer to micrometer scale equipped in such a way that thereby achieves a reduced friction can be. Preference is likewise given to equipping so-called HME filters (heat moisture exchange) in such a way that they have a reduced frictional resistance and / or are germ repellent and / or self-cleaning and / or oleophobic and / or photocatalytic.
Funktionelle Oberflächen erweisen sich auch bei Schläuchen als vorteilhaft. Insbesondere bei Beatmungsgeräten, aber auch bei anderen medizintechnischen Geräten wie beispielsweise Absauggeräten werden vor allem im Bereich einer Verbindung zwischen Anwender/Patient mit dem Gerät Schläuche eingesetzt, um ein Medium zu leiten. Üblicherweise werden die Schläuche als Steckschläuche auswechselbar eingesetzt. wird ein Schlauch nicht regelmäßig gereinigt und/oder ausgewechselt, so können Zurückgehaltene Schwebstoffe, Staubteile, Verunreinigungen Mikroorganismen den Durchströmungswiderstand heraufsetzen was dazu führt, daß die Leistung des Gerätes abnimmt beziehungsweise Verunreinigungen zum Patienten geleitet werden. Schläuche nach dem Stand der Technik müssen häufig gereinigt und/oder ausgetauscht werden, was zeit- und kostenintensiv ist. Die Reinigung muß häufig und gründlich erfolgen, um Kontaminationen effektiv zu entfernen.Functional surfaces are also beneficial for hoses. Especially in ventilators, but also in other medical devices such as suction devices hoses are used especially in the field of a connection between the user / patient with the device to direct a medium. Usually, the hoses are used interchangeably as plug-in hoses. If a hose is not regularly cleaned and / or replaced, retained particulate matter, dust particles, contaminants, microorganisms can increase the flow resistance, which leads to a decrease in the performance of the device or contamination to the patient. Hoses according to the prior art must be cleaned and / or replaced frequently, which is time consuming and costly. The cleaning must be done frequently and thoroughly to effectively remove contaminants.
Erfindungsgemäß ist daran gedacht, die Schläuche mit funktionalen Oberflächen auszurüsten. Dadurch wird eine längere Betriebsdauer der Schläuche bei einem gleichzeitig geringeren zeitlichen Aufwand für die Reinigung ermöglicht, was Kosten einspart.The invention is intended to equip the tubes with functional surfaces. As a result, a longer operating life of the hoses is possible at the same time less time spent on cleaning, which saves costs.
Bevorzugt ist daran gedacht Schläuche im Bereich Ihrer der Luftströmung/Medienströmung zugewandten Seite durch geeignete glatte Kunststoffe und/oder lackierte Oberflächen und/oder beschichtete Kunststoffe und/oder Oberflächen die eine Strukturierung im Nanometer- bis Mikrometer-maßstab aufweisen derart auszurüsten, daß hierdurch eine reduzierte Reibung erzielt werden kann. Bevorzugt ist ebenfalls daran gedacht, daß Schläuche eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweisen.Preference is given to hoses in the area of your air flow / media flow side facing by suitable smooth plastics and / or painted surfaces and / or coated plastics and / or surfaces structuring on the nanometer to micrometer scale to equip such a way that thereby reduced Friction can be achieved. It is also preferred that hoses have an electrically conductive surface.
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