DE102005042182B4 - Device for ventilation - Google Patents

Device for ventilation

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DE102005042182B4 DE102005042182.2A DE102005042182A DE102005042182B4 DE 102005042182 B4 DE102005042182 B4 DE 102005042182B4 DE 102005042182 A DE102005042182 A DE 102005042182A DE 102005042182 B4 DE102005042182 B4 DE 102005042182B4
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Dr. Marx Thomas
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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 Strömun An apparatus for ventilation, which is designed as a ventilator and at least one flow path and the interconnected consists of several components, which are arranged along the flow path one behind the other and through the hindurchverläuft the flow path, characterized in that the flow resistance of each component (1) is optimized to achieve a low resulting total flow resistance of all the components (1), wherein the flow path (12) in the region of at least one change in cross section with flow guidance elements (18) is provided and the cross-sectional change as a shoulder-like extension (20) is formed that (a first cross-sectional area 14 ) leads on to a second cross-sectional area (15), wherein the flow guide (18) hineinerstreckt, starting from one edge (21) of the first cross-sectional area (14) in the flow area of ​​the second cross-sectional area (15) and wherein the Strömun gsleitelemente (18) als Bürstenkanten oder als weiche Lamellen oder aus einem offenporigen Material gebildet sind. gsleitelemente (18) are formed as a brush soft edge or as laminations or from 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 ventilator and at least one flow path and the interconnected consists of several components which are arranged one behind the other along the flow path and through which the flow path extends therethrough.
  • Bei bekannten Beatmungsgeräten ist der Luftweg charakterisiert durch mehrere Bauelemente, die unterschiedliche Funktionen aufweisen. In prior art ventilators the airway is characterized by several devices having different functions. Insbesondere sind dies Lufteingangsfilter, Luftleitungen im Beatmungsgerät, Schalldämpfer, Gebläse, Luftleitung zum Patienten, Schlauch, Patienteninterface (Maske, Tubus, nasalpillow). These are in particular the air inlet filter, air pipes in the ventilator, silencer, blowers, air line to the patient, hose, patient interface (mask, tube, nasalpillow).
  • Aus der From the DE 100 51 891 A1 DE 100 51 891 A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Beatmung bekannt, die mindestens einen Strömungsweg aufweist. a device for ventilation is already known which comprises at least one flow path.
  • Gleichfalls ist aus der Also is from the DE 10 2005 031 541 A1 DE 10 2005 031 541 A1 eine Vorrichtung zur Beatmung bekannt, die mindestens einen Strömungsweg aufweist. discloses a device for artificial respiration, comprising at least one flow path.
  • Die The WO 99/24 749 A1 WO 99/24 749 A1 beschreibt gleichfalls eine Vorrichtung zur Beatmung, die mindestens einen Strömungsweg aufweist. likewise discloses an apparatus for artificial respiration, comprising at least one flow path.
  • Eine weitere Vorrichtung zur Beatmung, die mindestens einen Strömungsweg aufweist, ist aus der A further apparatus for artificial respiration, comprising at least one flow path is from the US 4,967,744 US 4,967,744 bekannt. known.
  • Die The DE 10 2004 025 674 A1 DE 10 2004 025 674 A1 beschreibt ein Beatmungsgerät für die Durchführung einer CPAP-Beatmung. describes a ventilator for performing a CPAP.
  • En weiterer Stand der Technik ist aus der S further prior art is from the DE 10 2004 025 671 DE 10 2004 025 671 bekannt. known.
  • 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 for the following medical devices: CPAP, APAP, bilevel, Titration, Heimbeatmungs-, emergency, Klinikbeatmungs-, suction devices, 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. In the known devices, the individual elements of the airway are optimized for their function, but not in the sense of an optimal flow guidance. So soll beispielsweise der Schalldämpfer vor allem den Schall minimieren, nicht jedoch eine ideale Durchströmung des Atemgases ermöglichen. So shall example minimize especially the sound, but not allow ideal flow of breathing gas to the muffler. Im Zusammenspiel Jedoch ergeben sich insbesondere Strömungseffekte, die den Schall und den Energieaufwand erhöhen und die Qualität der Therapie verschlechtern. In combination, however, in particular, flow effects that enhance the sound and the energy consumption and reduce the quality of the therapy result.
  • Die Vielzahl der Parameter erlaubt nur sehr schwer eine Objektivierung einzelner Elemente. The large number of parameters allows very difficult to objectify individual elements. Dennoch können durch die Anwendung von strömungsmechanischen Experimenten und der Numerik einzelne Parameter isoliert und einer objektiven Beurteilung zugänglich gemacht werden. Nevertheless, isolated individual parameters through the application of fluid mechanics experiments and numerical analysis and made available to an objective assessment. Selbstverständlich wird die Optimierung einzelner Elemente eine jeweils andere Wirkung haben, so dass sie gegenseitig abgestimmt werden müssen. Of course, the optimization of individual elements will have a different effect in each case, so they must be coordinated with each other.
  • 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 by reducing the Gesamtwiderstandsbeiwertes energy consumption and to reduce the sound generated 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 inventively achieved in that the flow path is formed as air in the ventilator, and flow resistance is optimized each, designed as a shaped body component to achieve a low resulting total flow resistance of all the components, wherein the flow path in the region of at least one change in cross section is provided with a flow guide ,
  • 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. There are matched components for this purpose provided that need not necessarily comply with an optimized property for the purposes of its individual task, but the result from the interaction of all of the components optimized properties for a respirator.
  • Insbesondere dienen dazu folgende Maßnahmen: In particular, serve the following measures:
    • • Schaffung von strömungsoptimierten Oberflächen im gesamten Luftweg, beispielsweise ähnlich zu einer Haihaut, • Creation of flow-optimized surfaces throughout the air, for example, similar to a shark's skin,
    • • Abstimmung der Übergänge/Schnittstellen im Sinne einer idealisierten Strömungsführung (keine Ecken und Kanten), • Coordination of the transitions / interfaces in the sense of an idealized flow guidance (no rough edges)
    • • Berücksichtung physikalischer Gesetzmäßigkeiten im Sinne einer Verringerung des Strömungswiderstandes. • into account the laws of physics in the sense 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 provisos can be carried out, for example, the following components: air inlet filter, air conduit in the ventilator, silencers, fan (optimization of the blade geometry, baffles) air line to the patient, hose, patient interface, interfaces between the individual components.
  • Bei einem beatmeten Patienten sind zwei Systeme – Beatmungssystem und Lunge – miteinander verbunden. In a ventilated patients are two systems - respiratory system and lung - related. Das Verbindungsstück dieser Systeme ist der Schlauch und/oder das Patienteninterface (PI). The link of these systems is the hose and / or the patient interface (PI). In der Regel besitzt dieses Verbindungsstück einen geringeren Durchmesser als der Teil des Systems davor und danach. Typically, 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. From this diameter dimensioning results in a considerable flow resistance which appears as pressure drop and can be quantified. Er ist definiert als der Druckunterschied zwischen dem äußeren, proximalen Ende und dem inneren, distalen Ende des Schlauches. It is defined as the pressure difference between the outer proximal end and the inner distal end of the hose.
  • 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. To quantitate this resistance, one can measure the pressure at each end, can be from the measurement values ​​then calculate the resistance (ΔPPI CI = Interface). Pprox ist der Druck am proximalen, Pdis der Druck am distalen Ende. Pprox the pressure is at the proximal, Pdis the pressure at the distal end. Das stellt dar, dass es sich um eine Differenz handelt. This illustrates that there is a difference. Die Formel lautet: The formula is: ΔPPI = Prox – Pdis ΔPPI = Prox - Pdis
  • Während der Inspiration ist der Druck vor dem Tubus größer als hinter dem Tubus. During inspiration, the pressure in front of the tube is greater than after the tube. Daraus resultiert eine positive ΔPPI. This results in a positive ΔPPI. Während der Expiration findet sich in der Trachea der höhere Druck, woraus eine negative ΔPPI resultiert. During expiration is found in the trachea, the higher pressure, resulting in a negative ΔPPI results. Diese Differenz ist zum einen abhängig von dem Innendurchmesser (ID) des PI, zum anderen auch vom Flow (Gasfluss, F [l/s]). This difference is partly dependent on the inner diameter (ID) of the PI, on the other hand by the flow (gas flow F [l / s]).
  • Die Messungen des Druckabfalls unterschiedlicher PI bei jeweils verschiedenem Flow ergeben PI-spezifische Druck-Fluss-Kennlinien. The measurements of the pressure drop at each different PI different Flow give PI-specific pressure-flow characteristics. Der PI-bedingte Druckverlust, bedeutet eine zusätzliche, uneffektive Atemarbeit. The PI-induced pressure losses, means an additional, ineffective respiratory work. Diese zusätzliche Atemarbeit muß geleistet werden vom: This additional respiratory work must be done by:
    • a) Patient a) Patient
    • b) Beatmungsgerät b) ventilator
    • c) Beatmungsgerät und Patient c) ventilator and patient
  • Sollte der Patient die Arbeit übernehmen messen, droht eine frühzeitige respiratorische Erschöpfung. The patient should measure do the work, threatens early respiratory exhaustion.
  • 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 acquisition by the ventilator Gärt this has to do extra work at a inhalation, which can have an increased energy consumption, increased noise development and also an impaired regulation 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 expiration, the pressure in PI must be lowered so that the exhalation is not inhibited and an effective CO2 removal is possible.
  • Eine Reduzierung des Strömungswiderstandes kann dadurch erfolgen, daß die Komponente ein Oberflächenprofil aufweist. A reduction of the flow resistance can be effected 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 another 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. For the formation of a laminar flow it contributes, 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. To adapt to concretely present flow rates and volume flow is provided, that the longitudinal grooves have relatively different widths.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist auch daran gedacht, daß die Längsrillen unterschiedliche Abstände relativ zueinander aufweisen. According to a further embodiment variant, it is also intended that have relative to each other the longitudinal grooves different distances.
  • Ein Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die Längsrillen als Sägerillen ausgebildet sind. An embodiment is that the longitudinal grooves are formed as saw grooves.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Gestaltung ist dadurch definiert, daß die Längsrillen als Trapezrillen ausgebildet sind. Another design of 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 formation of turbulence contributes that at least two components into each other continuously directed flow paths have.
  • 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 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 contributes also that the flow path is provided in the region of at least one change in cross section with a flow guide.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel besteht darin, daß das Strömungsleitelement als Bürstenkante ausgebildet ist. A preferred embodiment is that the flow guiding element 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 variants is also envisaged that the flow guiding element is designed as a soft lamella.
  • Eine Kombination unterschiedlicher vorteilhafter Materialeigenschaften kann dadurch erfolgen, daß das Strömungsleitelement porig ausgebildet ist. A combination of different advantageous material properties may be effected in that the flow guiding element 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 an 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 inventively achieved in that at least one provided with a surface coating component is contained and / or in that are in the area of ​​the surface functional characteristics, at least one flow-optimized surface is 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. Moreover, there is an additional object of the present invention is to improve a method of the aforementioned type in such a manner that a functional and at the same time inexpensive as well as 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 inventively achieved in that the molded body produced by means of plastic injection molding and is coated at least partially closing.
  • Grundsätzlich wird durch die Verwendung von oberflächenbeschichteten Komponenten in medizintechnischen Geräten ein äußerst weiter konstruktiver Freiraum eröffnet. Basically, a very constructive further space will be opened by the use of surface-coated components in medical devices. Die jeweils gewünschten funktionellen Eigenschaften können durch die Oberflächenbeschichtung unabhängig vom Material des Grundkörpers bereitgestellt werden. The respectively desired functional properties may be provided by coating the surface regardless of the material of the base body. Die funktionellen Eigenschaften können sich beispielsweise auf Gleiteigenschaften, Reibungseigenschaften, Oberflächengestaltungen oder Oberflächenhärten beziehen. The functional properties may relate to sliding properties, friction properties, surface treatments or surface hardening, for example.
  • 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. According to the respectively predetermined functional property, the surface coating of the base body is selected and the base material of the base body can be set independently of the desired functional property of the surface and the mechanical or static conditions. 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. For example, it is possible to provide a hard body having a softer surface coating at high mechanical stresses or to provide a soft and elastic body with a germ-repellent functional surface. Gegebenenfalls werden die gewünschten Oberflächenbeschichtungen unter Verwendung geeigneter Zwischenschichten als Haftvermittler auf die Grundkörper aufgebracht. Optionally, the desired surface coatings are applied using appropriate intermediate layers as a bonding agent to the base body.
  • 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 Aufrührungsform the shaped body is essentially as device part, devices upper shell, equipment inner part, equipment accessory device component, Luftanfeuchter, nebulizer, drug atomizer, ventilator, air inlet filters, silencers, air in the device, filters, respirator, ventilator tube, emergency ventilator, suction device, suction tube, collection bag of a suction device or as a housing part.
  • Vorzugsweise ist ein derartiger Formkörper eines medizintechnischen Geräts wenigstens teilweise und/oder abschnittsweise aus Kunststoff gefertigt. Preferably, such a shaped body of a medical device is at least partially and / or in sections, made of plastic. Dabei werden häufig verschiedene Kunststoffe verwendet. Various plastics are used frequently. Die Kunststoffe erfüllen unterschiedliche Funktionen und müssen für die auszuübende Funktion bestmöglich geeignet sein. The plastics perform different functions and have to be best suited for the work to function. So sind die Kunststoffe für beispielsweise ein Beatmungsgerät mit den Komponenten Eingangsfilter – Beatmungsgerät – Ausgangsfilter – Patientenschlauch Filter – Patientenkontaktstelle jeweils für den Einsatzzweck optimiert. Thus, the plastics for example, a ventilator with the component input filter - ventilator - Output filter - Patients bag filter - patient contact point optimized for the intended use.
  • Als Kunststoffe sind alle bekannten Kunststoffe denkbar. The plastics all known plastics are conceivable. Bspw. For example. 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. may be mentioned here: polyethylenes, polypropylenes, polyvinyl chlorides, polystyrenes, polycarbonates, cellophane, cellulose acetates, Polyelofine, fluorinated hydrocarbons (Teflon), polyhydroxyethylmethacrylates (PHEMA) (Hydron), polymethyl methacrylate (PMMA), polysiloxanes, polyethers, polyesters, polyacetals, polyvinyls, polyether silicones , polyurethanes, natural and synthetic rubber, latex, silicone, ABS resin, acrylic resins, triacetates, Vinylide and rayon.
  • Ferner können alle zum Spritzgießen von Spritzgusskörpern geeigneten Polymere eingesetzt werden. Further, all can be used for injection molding of injection molded bodies suitable polymers. 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. are preferred as materials for injection molding, polymers or polymer blends used, a polymer based on polycarbonates, on polyoxymethylenes, on poly (meth) acrylates, polyamides, polyvinyl chloride, polyethylenes, polypropylenes, aliphatic linear or branched polyalkenes, cyclic polyalkenes, polystyrenes, polyesters , polyether sulfones, polyacrylonitrile or polyalkylene terephthalates, poly (vinylidene fluoride), poly (hexafluoropropylene), poly (perfluoropropylene oxide), poly (fluoroalkyl acrylate), poly (fluoroalkyl methacrylate), poly (vinylperfluoralkylether) or other polymers of perfluoroalkoxy compounds, poly (isobutene), poly (4 -methyl-1-pentene), polynorbornene as homo- or copolymers or mixtures thereof, have. 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. Very particularly preferably be used as a material for the injection molding of 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) , said plastics in a pure form and / or be used as a mixture know. 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. acrylates polycarbonates, on polyoxymethylenes, on poly (meth) acrylates, polyamides, polyvinyl chloride, polyethylenes, polypropylenes, aliphatic linear or branched polyalkenes, cyclic polyalkenes, polystyrenes, polyesters, polyacrylonitrile or polyalkylene terephthalates, pole (vinylidene fluoride), or other polymers of poly (isobutene), poly (4-methyl-1-pentene), polynorbornene as homo- or copolymer, a polymer based on polycarbonates, on polyoxymethylenes, on 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 as homo- or copolymers and mixtures thereof and mixtures thereof.
  • 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, metals and / or ceramic and / or glass or any combination of these materials may also find with the above plastics application.
  • Die Oberfläche kann dabei vollständig oder teilweise mit den Polymeren bedeckt sein. The surface can 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. It is possible only to melt the polymers and / or as little onto the surface that remains, if necessary, obtain a grain structure of the polymer. Es wird so eine Strukturierung der Oberfläche erreicht. There is thus achieved a structuring of the surface.
  • Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die Oberflächen rau und hydrophob zu gestalten. According to the invention it is proposed to make the surface rough and hydrophobic. Dabei kann es sich um eine Oberfläche mit einer künstlichen Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen handeln, die zudem selbstreinigende Eigenschaften aufweist. This can be a surface with an artificial surface structure of elevations and depressions, which also has self-cleaning properties. Bevorzugt sind die Oberflächenstrukturen im nm bis μm Maßstab. the surface structures in the nanometer to micron scale are preferred. Besonders bevorzugt weisen die Oberflächenstrukturen einen im wesentlichen ähnlichen Abstand zueinander auf. 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. Moreover, the surface may comprise particles which are fixed on the surface by means of a carrier system.
  • Dabei ist zumindest eine Oberfläche des Formkörpers aus einem Material, ausgewählt aus Polymeren, wie z. Here, at least one surface of the molded body made of a material selected from polymers, such. 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. B. polyamides, polyurethanes, polyether block amides, polyester amides, polyvinyl chloride, polyolefins, polysilicones, polysiloxanes, polymethyl methacrylates or polyterephthalates and metals, fibers, fabrics, glasses or ceramics, manufactured that said flow-optimized 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 securing 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 an average 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 nanometer and / or uM scale.
  • Dabei weist die Oberfläche zumindest eine fest verankerte Lage von Mikropartikeln auf, welche Erhebungen bilden. In this case, the surface has at least one securely anchored layer of microparticles which form elevations. Die Erhebungen weisen eine mittlere Höhe von 20 nm bis 25 μm und einen mittleren Abstand von 20 nm bis 25 μm auf. The protuberances have an average height of 20 nm to 25 microns and an average spacing of 20 nm to 25 microns. Bevorzugt ist jedoch eine mittlere Höhe von 50 nm bis 4 μm und/oder ein mittlerer Abstand von 50 nm bis 4 μm. However, preferred is an average height of 50 nm to 4 micron and / or an average separation of from 50 nm to 4 micron.
  • Ferner weist es selbstreinigende Eigenschaften und durch Mikropartikel gebildete Erhebungen auf, wobei zur Herstellung in die Oberfläche des Flächenextrudates hydrophobe Mikropartikel eingedrückt werden. Further, it has self-cleaning properties and has elevations formed by microparticles, said hydrophobic microparticles are pressed for making the surface of the sheet extrudate. Die eingesetzten Mikropartikel weisen einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,02 bis 100 μm auf. The microparticles used have an average particle diameter of 0.02 to 100 microns.
  • Ferner gehören zur Erfindung strukturierte Oberflächen mit einer niedrigen Oberflächenenergie. Further, for the invention include structured surfaces having 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 relates to textured surfaces, the elevations with an average height of 10 nm to 200 microns and an average spacing of 10 nm to 200 .mu.m, and their external shape by a mathematical curves, and / or functions with a symmetry with respect to a have planar.
  • Eine besonders niedrige Oberflächenenergie ist insbesondere dann notwendig, wenn nicht nur hydrophobes, sondern auch oleophobes Verhalten gefordert ist. A particularly low surface energy is particularly necessary when not only hydrophobic but also oleophobic behavior is required. Dies ist insbesondere bei nichtfesten, öligen Verschmutzungen der Fall. This is particularly the case with non-solid, oily soils. (Lotus-Effect)(TM) (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 producing the structured, hydrophobic surface having elevations and depressions is mixed with an additive that has a particle size of 0.0001 to 20 microns and an organic matrix comprising at least one thermoplastic, elastomeric or thermosetting plastics material.
  • 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. Preferred microparticles have an irregular fine structure in the nanometer range on the surface, a particle diameter from 0.02 to 100 .mu.m, particularly preferably from 0.1 to 50 microns and most preferably from 0.1 to 10 .mu.m. 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. However, suitable microparticles may also have a diameter of less than 500 nm or agglomerate of primary particles to give agglomerates or aggregates whose size is from 0.2 to 100 microns.
  • 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. It may be advantageous if the microparticles have hydrophobic properties, where the hydrophobic properties can go back even on the material properties of the present on the surfaces of the particles or materials may be obtained by treatment of the particles with a suitable compound. 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. The microparticles may have been equipped before or after applying or attaching on or at the surface of the device or of the injection molding with functional properties.
  • Zur Erfindung gehört ferner ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Granulaten und -Pulvern. further includes a process for the production of plastic granules and powders of the invention.
  • 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. If products of polyolefins painted, printed, coated or bonded, a pretreatment of the mold parts is necessary because adhere to the non-polar surface of these plastics printing inks or adhesives inadequate. Üblich sind thermische oder nasschemische Verfahren. Are usual thermal or wet chemical process. Die gewünschte Oxidation der Oberfläche erreicht man auch durch eine – elektronische – Plasmabehandlung. The desired oxidation of the surface can also be reached by a - electronic - plasma treatment.
  • Ein Plasmaverfahren ermöglicht die Behandlung von Polyolefin-Granulaten und -Pulvern, so daß eine spätere Behandlung der Teile entfallen kann. A plasma process enables the treatment of polyolefin granules and powders, so that a subsequent treatment of the parts can be omitted. Mittels eines HF-CVD-Verfahrens können sehr dünne Nanolagen beispielsweise aus Polytetrafluoroethylen (PTFE, [Teflon]) auf verschiedenen Substraten abgeschieden werden. By means of a HF-CVD process can be deposited on various substrates, very thin layers of nano for example, polytetrafluoroethylene (PTFE, [Teflon]). So werden unterschiedliche Materialoberflächen mit beliebigen Eigenschaften funktionalisiert. 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. The chemical sol-gel process, can show up on nanomaterials is largely untapped in the materials development variant of inorganic synthetic chemistry. Mit ihm lassen sich aus flüssigen Ausgangsprodukten über einen Niedertemeperaturprozeß anorganische oder anorganischeorganische Werkstoffe produzieren und in Zusammensetzung und Struktur breit gestalten. It can be used to produce inorganic or anorganischeorganische materials and make widely in composition and structure of liquid raw products over a Niedertemeperaturprozeß.
  • 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. The use of ceramics for nano-structuring of surfaces has to change the target properties of known materials or to provide known materials having new functions, for example. By embossing processes pillar structures in the range of 20 to 300 nanometers to produce metal and plastics. Das führt zu einer Veränderung der Grenzflächeneigenschaften. This leads to a change in the interface properties. Die Ausbildung von Halbkugeln mit einem Radius von 250 bis 350 Nanometern auf zum Beispiel Glasoberflächen vermindert deren Lichtreflexion deutlich. The formation of half-spheres having a radius of 250 to 350 nanometers, for example glass surfaces reduces their light reflection significantly. Dieser Effekt beruht auf der Schaffung eines kontinuierlichen Übergangs zwischen der umgebenden Luft und der Glasoberfläche, der so nur durch Nanostrukturen erreicht werden kann. This effect is based on the creation of a continuous transition between the surrounding air and the glass surface, which can be achieved only by so nanostructures.
  • Eine Kombination aus Mikro- und Nanostrukturierung kann einfach und leicht genutzt werden, um die Oberflächen zu verändern. A combination of micro- and nano-structuring can be used simple and easy to modify the surfaces.
  • Das Aufbringen des die Partikel aufweisenden Lösemittels auf die Polymeroberfläche kann z. The application of the particle-containing solvent to the polymer surface such can. B. durch Auf sprühen, Aufrakeln, Auftropfen oder durch Eintauchen der Polymeroberfläche in das die Partikel aufweisende Lösemittel erfolgen. As by spraying on, knife coating, dripping, or by dipping the polymer surface into particles having carried out the 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. The inventive method streamlined polymer surface can be produced, which has an artificial, at least to some extent hydrophobic, surface structure made from elevations and depressions, which are characterized in that the elevations and depressions are formed by fixed to the polymer surface particles.
  • 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 may also be present as aggregates or agglomerates, wherein, according to DIN 53 206 surface or edge-shaped to each other stored under aggregates primary particles (particles) and punctiform each stored under agglomerates (primary) particles are understood.
  • Die beschriebenen Strukturen können z. The structures described can,. B. durch ein Spritzgussverfahren in Kombination mit einem durch LIGA-Verfahren hergestellten, konventionellen Spritzgusswerkzeug hergestellt werden. B. be prepared by an injection molding process in combination with one produced by LIGA method, conventional injection molding tool. Das LIGA-Verfahren ist ein Strukturierungsverfahren, das auf Grundprozessen der Röntgen-Lihographie, Galvanik und Abformung beruht. The LIGA process is a patterning method based on basic processes of X-ray Lihographie, electroplating and molding. 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. The process differs from the micromechanics in that the structures are not produced by an etching process in the base material, but can be molded inexpensively via a tool. Im vorliegenden Fall dient das LIGA-Verfahren zur Herstellung des Werkzeugs. 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. Furthermore, one can largely rule out this way undesirable changes in the physical properties of the substrates, since only a very thin layer is changed at the surface of the substrate. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit anderen Methoden zur Oberflächennachbehandlung problemlos kombiniert werden. The inventive method can be easily combined with other methods of surface treatment. So ist z. So z. B. möglich, nach der thermisch unterstützten Auftragung der Polymere eine Hydrophilierung mit Wasser bzw. Säuren durchzuführen. As possible after the application of the thermally assisted polymers perform a hydrophilization with water or acids.
  • Die Werkstoffeigenschaften der verschiedenen Kunststoffe werden nur unwesentlich beeinflusst. The material properties of the various plastics are not materially affected. Kennwerte wie Dauergebrauchstemperatur, Kriechfestigkeit, thermische und elektrische Isolation bleiben erhalten. Characteristics as continuous working temperature, creep resistance, thermal and electrical insulation remain preserved. Das Compound ist unter allen erdenklichen Herstellungs-, Verarbeitungs- und Anwendungsbedingungen einsetzbar. The compound can be used in all kinds of manufacturing, processing and application conditions. Es kommt bei Halbzeugen aus PEEK, PPSU, POM-C, PET sowie bei Spritzgussteilen, extrudierten Profilen und kalandrierten Platten zum Einsatz. It comes with semi-finished products made of PEEK, PPSU, POM-C, PE, as well as injection molded parts, extruded profiles and calendered sheets used.
  • Die erfindungsgemäßen Formkörper können alternativ und/oder ergänzend zu den vorgenannten Eigenschaften die folgenden Eigenschaften aufweisen. The moldings of the invention may alternatively and / or additionally have the following characteristics to the aforementioned properties. Auch ist daran gedacht, daß ein erfindungsgemäßer Formkörper zumindest abschnittsweise mehrere Eigenschaften aufweisen kann. It is also contemplated that an inventive molding at least in sections may have several properties.
    • • Flammschutz • flame retardants
    • • gleitreibungsarm • gleitreibungsarm
    • • strömungsoptimiert • optimum flow
    • • Korrosionsschutz • Corrosion protection
    • • elektrochemisch aktive • electrochemically active
    • • reflektionsarm • low-reflection
    • • elektrochrom • electrochromic
    • • photochrom • photochrom
    • • piezoelektrisch • piezoelectric
    • • leitfähig • conductive
    • • Kratzschutz • scratch protection
    • • Antireflex • Anti-reflective
  • Zur Herstellung von erfindungsgemäßen Formkörpern können alternativ und/oder ergänzend zu den vorgenannten Verfahren die folgenden Verfahren angewandt werden. For the production of moldings of the invention, the following methods can be used alternatively and / or in addition to the aforementioned methods.
    • • Plasmaverfahren • Plasma process
    • • Laserverfahren • Laser method
    • • Sol-Gel-Verfahren • Sol-gel process
    • • Galvanische Verfahren • Galvanic processes
    • • Erzeugung von Nanostrukturen durch Selbstorganisation • creation of nanostructures by self-organization
    • • Nanostrukturierung von Materialien und Oberflächen • nanostructuring of materials and surfaces
    • • Aufdampfen im Hochvakuum (Elektronenstrahlverdampfen) • vacuum evaporation (electron beam)
    • • Aufdampfen im Hochvakuum (Widerstandstiegelverdampfen) • vacuum evaporation (Widerstandstiegelverdampfen)
    • • Kathodenzerstäubung • sputtering
    • • CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition) • CVD (Chemical Vapor Deposition)
    • • PVD (Physical Vapour Deposition) • PVD (Physical Vapor Deposition)
    • • LIGA-Verfahren • LIGA process
    • • Thermische Oxidation • Thermal Oxidation
    • • Mikrogalvanik (Hartlegierungsabscheidungen) • micro-electroplating (hard alloy depositions)
    • • Spritzguß von Mikrokomponenten aus Kunststoffen • injection of micro components made from plastics
    • • Vakuumbeschichtung • vacuum coating
    • • chemisch galvanischen Beschichtung • chemically plating
    • • lnmould-coating • lnmould-coating
    • • Pre-coating • Pre-coating
  • Außerdem gehört zur Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Formkörpern. In addition, the invention pertains to a method for the production of moldings of the invention. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the inventive method are disclosed in the dependent claims.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. In the drawings, embodiments of the invention are shown schematically. Es zeigen: Show it:
  • 1 1 eine Oberflächengestaltung unter Verwendung von Sägerillen, a surface design using saw grooves,
  • 2 2 eine Oberflächengestaltung unter Verwendung von Trapezrillen, a surface design using trapeze grooves,
  • 3 3 eine Oberflächengestaltung unter Verwendung von L-Rillen, a surface design using L-grooves,
  • 4 4 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der wesentlichen Funktionskomponenten einer Meßeinrichtung für Strömungswiderstände, a block diagram illustrating the major functional components of a measuring device for flow resistances,
  • 5 5 eine Tabelle zur Zusammenfassung der Strömungswiderstände unterschiedlicher Beatmungsmasken bei unterschiedlichen Volumenströmen, a table summarizing the flow resistances of different respiratory masks for different volume flows,
  • 6 6 eine graphische Zusammenfassung der Versuchsergebnisse nach der Tabelle in a graphical summary of the test results according to the table in 5 5 , .
  • 7 7 einen strömungstechnisch optimierten Bogenwinkel, a flow-optimized arc angle,
  • 8 8th eine perspektivische Darstellung entsprechend Blickrichtung XIII in a perspective view according to the viewing direction XIII in 7 7 , .
  • 9 9 eine gegenüber der Darstellung in a comparison with the illustration in 8 8th abgewandelte Ausführungsform, modified embodiment,
  • 10 10 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Bildung von Turbulenzen im Bereich einer Querschnittverengung des Strömungsweges, a schematic diagram illustrating the formation of turbulence in the area of ​​a cross-sectional constriction of the flow path,
  • 11 11 eine zu too 10 10 abgewandelte Ausführungsform unter Verwendung von bürstenartigen Übergangselementen, alternate embodiment using brush-like transition elements,
  • 12 12 eine schematische Darstellung zur Strömungsführung im Bereich einer Querschnitterweiterung unter Verwendung von bürstenartigen Strömungselementen, a schematic representation of the flow guide in the area of ​​a cross-sectional widening using brush-like flow elements,
  • 13 13 die Anordnung gemäß the arrangement according to 12 12 ohne Verwendung von Strömungsleitelementen, without the use of flow guidance elements,
  • 14 14 ein Diagramm zur Zusammenfassung der Abhängigkeit des Strömungswiderstandes vom Flow für unterschiedliche Ausführungsformen, a diagram to summarize the dependence of the flow resistance of the flow for different embodiments,
  • 15 15 ein medizintechnisches Gerät, a medical device,
  • 16 16 eine perspektivische Darstellung eines Befeuchters, der zwischen das Beatmungsgerät und einen Beatmungsschlauch einsetzbar ist, a perspective view of a humidifier which is insertable between the ventilator and a breathing tube,
  • 17 17 ein Beatmungsgerät mit Zuschaltventil zur Bereitstellung einer erhöhten Sauerstoffkonzentration, a respirator with a connecting valve for providing an increased oxygen concentration,
  • 18 18 eine perspektivische Darstellung einer Beatmungsmaske mit Stirnstütze a perspective view of a respiratory mask with a forehead support
  • 19 19 ein Oberflächenprofil und a surface profile and
  • 20 20 - 25 25 verschiedene Oberflächentopographien. different surface topographies.
  • Gemäß der Ausführungsform in According to the embodiment in 1 1 wird für die Oberflächengestaltung eines Strömungsweges der Effekt genutzt, dass durch feine Längsrillen in der Oberfläche von umströmten Körpern der Strömungswiderstand verringert werden kann. use of the effect that can be reduced by fine longitudinal grooves in the surface of bodies in flows, the flow resistance for the surface design of a flow path. Im Vergleich zur 'glatten Oberfläche' werden Widerstandsverminderungen von bis zu etwa 10% gemessen. In comparison to the 'smooth surface' resistance reductions of up to about 10% are measured. Widerstandsvermindernde Rillenoberflächen (Riblets) sind dort von Interesse, wo bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität gestellt werden. Widerstandsvermindernde grooved surfaces (riblets) are of interest where high demands are placed on surface quality at higher flow rates. Dies obwohl durch die Rillen die Körperoberfläche beträchtlich vergrößert wird und obwohl – im Sinne der klassischen Theorie – die Rillenoberfläche eine 'rauhe Oberfläche' ist. This although the body surface is considerably increased by the grooves and although - in the sense of the classical theory - the groove surface is a "rough surface". Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Rohr-Innenwand teilweise mit Rillen verschiedener Größen und Anordnungen auszurüsten. According to the invention, partially equip the pipe inner wall with grooves of various sizes and arrangements.
  • Widerstandsvermindernde Rillenoberflächen (Riblets) bestehen aus mikroskopisch kleinen Rillen, die parallel zur Strömung ausgerichtet sind. Widerstandsvermindernde groove surfaces (riblets) consist of microscopic grooves which are aligned parallel to the flow. Die Rillen müssen so dimensioniert sein, dass sie für die Strömung wie eine hydraulisch glatte Oberflächen wirken. The grooves have to be dimensioned so that they act on the flow as a hydraulically smooth surface. Die widerstandsvermindernde Wirkung besteht in einer Behinderung der turbulenten Queranteile der Strömung an der Wand. The effect is to widerstandsvermindernde hindrance of the turbulent transverse components of the flow on the wall. Die erfindungsgemäßen Riblet-Oberflächen können die turbulente Wandreibung um bis zu 10% vermindern. The Riblet surfaces invention may turbulent wall friction by up to 10% decrease.
  • 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. A correlation between the flow velocity and the distance is Rief extent that closer grooves are more likely less than half the lateral wavelength and thus generate smaller turbulence. 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. According to the invention it is therefore proposed that the riblet surfaces have in the range of the ventilator as a function of prevailing flow conditions different Ribletausmaße and / or different riblet spacings.
  • Die Ergebnisse durchgeführter Versuche zeigen einen um 5–10% geringeren Widerstand der Riefenfolie gegenüber einer glatten Struktur. The results of tests carried out show a lower resistance to 5-10% of said scoring film to a smooth structure.
  • Die Widerstandserniedrigung durch die Rillenstruktur kann durch das Auftreten unterschiedlicher, strukturierter Unterbereiche in der Grenzschicht erklärt werden. The resistance reduction by the groove structure can be explained by the occurrence of different structured sub-areas in the boundary layer. Diese Grenzschichten haben Einfluss auf die Turbulenzen. These boundary layers affect the turbulence.
  • In der laminaren Unterschicht der Strömung treten Streifen mit hoher Geschwindigkeit alternierend mit Streifen niedriger Geschwindigkeit auf. In the laminar sublayer of the flow marks occur alternately at high speed with low strip speed. Diese Strukturen beeinflussen das Turbulenzverhalten an der Grenzschicht. These structures influence the turbulence behavior at the boundary layer. Die Abstände der Streifen lassen sich wie folgt berechnen: The distances between the stripes can be calculated as follows:
    W = 100 l W = 100 l
    l = v/Uτ l = v / Uτ
    W – Riefenabstand W - Cried distance
    l – charakteristische Länge der Unterschicht l - characteristic length of the backsheet
    v – kinematische Viskosität v - kinematic viscosity
    Uτ – Reibungsgeschwindigkeit Uτ - friction velocity
  • Die Reibungsgeschwindigkeit ist definiert als: Reynoldszahl = Trägheitskräfte/Reibungskräfte. The friction velocity is defined as: Reynolds number = inertial forces / frictional forces. Sie beschreibt die hydrodynamische Ähnlichkeit eines Körpers, abhängig von der Viskosität seines umgebenden Mediums. It describes the hydrodynamic similarity of a body depends on the viscosity of its surrounding medium.
  • Erfindungsgemäß ist die Verwendung von Oberflächen mit hohen Reynoldszahlen vorgesehen. According to the invention the use of surfaces is provided with high Reynolds numbers. Die Trägheit des Mediums ist gleich, durch sehr geringe Reibungskräfte im Bereich der Oberfläche werden hohe Reynoldszahlen erreicht. The inertia of the medium is equal, by very low frictional forces in the region of the surface high Reynolds numbers can be achieved. Diese werden durch die charakteristische Riefenstruktur erreicht. These are achieved by the characteristic groove structure.
  • Zusammenfassend gilt, dass in Bereichen schnellerer Strömung Rillen mit geringerem Abstand eingesetzt werden, als in Bereichen mit langsamer Strömung; In summary, that are used in areas faster flow grooves with smaller distance than in regions of slow flow; die Rillen sind entlang der Strömung ausgerichtet und überlappen einander. the grooves are aligned along the flow and overlap one another.
  • 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 inventive surfaces hardly get dirty, so it is observed a lotus effect.
  • Der Luftwiderstand kann beschrieben werden durch die Formel W = Rho/2·cw·A·V 2 . The air resistance can be described by the formula W = Rho / 2 · cw · A · V2.
  • 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). If one wants to achieve a certain power a faster flow, this can be done so by reducing the cw-value and the area A (the air density rho is given by air pressure and temperature). Während die Fläche nur bis zu gewissen Grenzen verkleinert werden kann, besteht beim cw-Wert extremes Potential. While the area can be only up to certain limits reduced, there is extreme potential in drag coefficient. Der Luftwiderstand W läßt sich in einen Druck- und einen Reibungsanteil zerlegen. The air resistance W can be in a pressure and disassemble a friction component.
  • Der Druckwiderstand beinhaltet Formfehler und daraus resultierende Wirbelbildungen. The pressure resistance includes formal errors and resultant vortices. Findet durch Strömungsablösungen kein vollständiger Druckausgleich mehr statt, so entsteht eine Widerstandskraft, die Druckwiderstand genannt wird. Place by burbling no complete pressure equalization more instead, the result is a resistance, pressure resistance is called. Durch perfekte Formgebung kann man diesen jedoch auf ein Minimum reduzieren. By perfect shape but can this be reduced 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. Another object of the invention is to design the shape close to absolute optimum, so that at the close "streamlines" virtually no pressure loss / vortex again. Dadurch erhöht sich der Reibungsanteil, dem daher hier mehr Beachtung geschenkt werden muß. Thus, the friction component, which therefore more attention should be paid here to increase. Der Reibungswiderstand entsteht durch Schubspannungen zwischen Körper und umströmendem Medium. The frictional resistance is caused by shear stresses between body and flowing around medium.
  • Den Reibungswiderstand kann man in einen laminaren und einen turbulenten Anteil zerlegen. The frictional resistance can be seen in a laminar and turbulent split a share. 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. In the front part of the fairing, the flow is initially laminar, but then proposes depending on the shape and surface at a location to in turbulent flow, which means a significant increase in resistance in the following range. Folglich muß versucht werden, die Strömung in der Grenzschicht so lange wie möglich laminar zu halten. Consequently, you have to try to keep the flow in the boundary layer as long as possible laminar. 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. This can be achieved by the use of laminar profiles in which the maximum width is achieved at the earliest at 50% of the total length, whereby the flow is accelerated and longer can be kept simple 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. Another way to keep the flow laminar, is to optimize the surface in the front region by, for example, riblet surfaces. 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. However, if the flow knocked down by a shape defect at a specific location, so there is by increasing the roughness in this range, the possibility to capture the flow therethrough defined energy supply again and the pressure (resistance) to reduce the resistance.
  • Der turbulente Teil der Grenzschicht kann alternativ zumindest teilweise dadurch laminarisiert werden, dass über kleine Bohrungen in der Oberfläche entstehende ”Miniwirbel” abgeführt werden. The turbulent part of the boundary layer can be laminarized characterized Alternatively, at least partially, to be discharged via small holes in the surface resulting "mini vortex".
  • 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 is also thought to an application for computational fluid dynamics to detect wall shear stress, coefficients of friction, wall friction, air resistance and the amount to the total resistance.
  • In In 1 1 wird eine Komponente ( a component ( 1 1 ) eines Beatmungsgerätes dargestellt, die im Bereich einer Oberfläche ( ) Is shown a ventilator, which (in the region of a surface 2 2 ) mit einem Oberflächenprofil ( ) (With a surface profile 3 3 ) versehen ist. is provided). Das Oberflächenprofil ( The surface profile ( 3 3 ) besteht aus Erhebungen ( ) Consists of elevations ( 4 4 ), die rillenartig verlaufende Vertiefungen ( ), The groove-like recesses extending ( 5 5 ) begrenzen. limit).
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß The embodiment of 1 1 zeigt einen Verlauf des Oberflächenprofils ( is a graph showing the surface profile ( 3 3 ) mit Sägerillen, die in einer Strömungslängsrichtung verlaufen. ) With saw grooves, extending in a longitudinal direction of flow. Die Erhebungen ( The surveys ( 4 4 ) und die Vertiefungen ( ) And the wells ( 5 5 ) spannen jeweils Winkel von etwa 60° Grad auf. ) Each bias angle of about 60 degrees. Die Breite der Erhebungen ( (The width of the elevations 4 4 ) und der Vertiefungen ( ) And the depressions ( 5 5 ) ist im wesentlichen gleich gewählt. ) Is substantially selected to be equal.
  • 2 2 zeigt eine Ausführungsform des Oberflächenprofils ( shows an embodiment of the surface profile ( 3 3 ) in Form von Trapezrillen. ) In the form of trapezoidal grooves. Die Erhebungen ( The surveys ( 4 4 ) sind im wesentlichen entsprechend ) Are respectively substantially 1 1 ausgebildet, weisen jedoch einen engeren Öffnungswinkel von etwa 45° Grad auf. formed, however, have a narrower opening angle of about 45 degrees. Der Abstand der oberen Ausdehnungen von zwei Erhebungen ( The distance between the top stretches of two elevations ( 4 4 ) beträgt etwa das doppelte der Höhe der Erhebungen ( ) Is about twice the height of the elevations ( 4 4 ). ).
  • 3 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Oberflächenprofil ( shows an embodiment in which (the surface profile 1 1 ) aus L-Rillen besteht. ) Of L-groove exists. Über die Oberfläche ( (On the surface 2 2 ) erheben sich hierbei stegartige Vorsprünge. ) This rise web-like projections. Ein Abstand der jeweiligen Stege beträgt etwa das Doppelte der Steghöhe. A distance of the respective webs is approximately twice the ridge height.
  • 4 4 zeigt einen grundsätzlichen Aufbau einer Einrichtung zur Messung von Strömungswiderständen. shows a basic structure of a device for measuring flow resistance. Eine Flowquelle ( A flow source ( 6 6 ) ist an ein Flowmeter ( ) Is (to a flow meter 7 7 ) angeschlossen. ) Connected. Hinter dem Flowmeter ( (Behind the flowmeter 7 7 ) ist ein Ventil ( ) Is a valve ( 8 8th ) angeordnet. ) Are arranged. An eine Verbindungsleitung, die zwischen dem Flowmeter ( To a connecting line (between the flow meter 7 7 ) und dem Ventil ( ) And the valve ( 8 8th ) angeordnet ist, ist ein Druckmeßgerät ( ) Is arranged, a pressure gauge is ( 9 9 ) angeschlossen. ) Connected.
  • 5 5 faßt tabellarisch Meßergebnisse zusammen, die unter Verwendung der Meßeinrichtung gemäß summarizes measurement results tabulated together in accordance using the measuring device 4 4 bestimmt wurden. were determined. Am Beispiel von acht Atemmasken wurde der Strömungswiderstand von unterschiedlichen Patienteninterfaces bestimmt. Using the example of eight masks the flow resistance of different patient interfaces was determined. Es wurde hierbei der Gesamtströmungswiderstand der einzelnen Masken ermittelt. the total flow resistance of the individual masks It was here determined. Die Prüflinge 1 bis 6 stellen Masken gemäß dem vorbekannten Stand der Technik dar, die Prüflinge 7 und 8 wurden erfindungsgemäß hinsichtlich der Strömungsführung optimiert. The Samples 1 through 6 represent masks according to the known prior art, the test samples 7 and 8 were according to the invention optimized in terms of the flow guide. Im einzelnen wurden folgende Prüflinge unter Verwendung des Meßaufbaus gemäß Specifically, the following samples were prepared in accordance using the measurement setup 4 4 untersucht: examined:
    Prüfling 1 ResMed; Candidate 1 ResMed; Mirage (aus aktueller Serie) Mirage (from current series)
    Prüfling 2 ResMed; Candidate 2 ResMed; Ultra Mirage (aus aktueller Serie) Ultra Mirage (from current series)
    Prüfling 3 Respironics; DUT 3 Respironics; Comfort Select (aus aktueller Serie) Comfort Select (from current series)
    Prüfling 4 MAP; 4 specimen MAP; Papillon (aus aktueller Serie) Papillon (from current series)
    Prüfling 5 Weinmann; DUT 5 Weinmann; SOMNO mask (aus aktueller Serie) SOMNO mask (from current series)
    Prüfling 6 Weinmann; DUT 6 Weinmann; SOMNO plus (aus aktueller Serie) SOMNO plus (from current series)
    Prüfling 7 Weinmann; Specimen 7 Weinmann; vented (seriennaher Prototyp) vented (near-production prototype)
    Prüfling 8 Weinmann; Specimen 8 Weinmann; nonvented (seriennaher Prototyp) nonvented (near-production prototype)
  • Als Prüfmittel wurde das Timeter PM-Nr. As test the Timeter was PM no. 107-015 verwendet, das als Flowmeßgerät eingesetzt wurde. used 107-015, which was used as Flowmeßgerät. Als Druckmeßgerät kam das SI PM-Nr. As a pressure gauge came the SI PM no. 205-029 zum Einsatz. 205 to 029 are used. Darüber hinaus erfolgte der Einsatz eines Gerätes Weinmann Typ SOMNOcomfort, das zur Ermöglichung der Einstellung einer konstanten Drehzahl modifiziert wurde. Moreover, the use of a device Weinmann SOMNOcomfort type which has been modified to allow the setting of a constant speed was carried out. Der in in 4 4 veranschaulichte Versuchsaufbau wird nachfolgend nochmals weiter erläutert. illustrated test setup will be further explained again.
  • Der Strömungswiderstand der Prüflinge wurde für die Volumenströme 50 l/min und 100 l/min gemessen. The flow resistance of the samples was used for the volume flow 50 l / min and 100 l / min. Das Maß für den Strömungswiderstand ist die Höhe des Staudrucks vor dem Versuchsobjekt im Vergleich zum Umgebungsdruck. The measure of the flow resistance is the height of the dynamic pressure in front of the test subject compared to the ambient pressure. Der Staudruck wird durch einen dünnen Schlauch, der vor dem Versuchsobjekt am Strömungskanal angeschlossen ist, zum Druckmessgerät geleitet und dort gemessen. The back pressure is passed through a thin tube, which is connected before the test object at the flow channel to the pressure gauge and measured there. 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. The two flow values ​​(50 l / min and 100 l / min) were measured by a modified SOMNOcomfort whose rotational speed can be set constant, and generates checked by Timeter. Sämtliche gewollten (Ausströmöffnungen) und nicht gewollten (Schnittstellen, z. B. zwischen Winkel und Drehhülse) Öffnungen wurden vor Beginn der Messung abgedichtet. All unwanted (outflow), and unwanted (interfaces, z. B. between the angle and rotating sleeve) openings were sealed before the start of the measurement.
  • 6 6 faßt die Versuchsergebnisse gemäß summarizes the experimental results according to 5 5 für die Volumenströme von 50 und 100 l/min zusammen. for the volumetric flows of 50 and 100 l / min together. Die eingetragenen Nummern der einzelnen Prüflinge entsprechen den Nummern in The registered numbers of the individual samples correspond to the numbers in 5 5 . , Es zeigt sich, daß insbesondere beim Prüfling Nr. 7 durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Strömungswiderstand gegenüber dem besten Vergleichsgerät aus dem Stand der Technik nochmals halbiert werden konnte. It is found that in Sample No.. 7 has been halved by the inventive construction of the flow resistance compared to the best comparative device from the prior art in particular again.
  • Neben der erfindungsgemäßen Oberflächengestaltung kommt auch der Strömungsführung eine erhebliche Wichtigkeit zu. In addition to the inventive surface design and the flow guidance is of considerable importance. Insbesondere bei einem Patienteninterface in Form einer Maske wird häufig ein winkelförmiges Anschlußstück zur Verbindung mit dem Beatmungsschlauch verwendet. Particularly in a patient interface in the form of a mask, an angle-shaped connecting piece is frequently used for connection with the respiratory tube. 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. The geometry of the angle and of the hose connection are a key factor influencing the resulting flow resistance. With regard to the reduction of the flow resistance, a connection angle of <70 ° and a port diameter> 18 mm proves to be particularly advantageous. Durch die Reduzierung des Strömungswiderstandes kommt der vom Beatmungsgerät erzeugte Druck unmittelbar beim Patienten an. By reducing the flow resistance of the pressure generated by the ventilator is directly to the patient. Die Reduzierung der Strömungswiderstände trägt somit zu einer verbesserten Durchführung der Therapie bei. Reducing the flow resistance thus contributes to improved implementation of the therapy. Darüber hinaus können die Regelgenauigkeit erhöht und Energieeinsparungen erreicht werden. In addition, the control accuracy can be increased and energy savings are achieved.
  • 7 7 zeigt ein zur Verbindung mit einer nicht dargestellten Atemmaske vorgesehenes winkelförmiges Anschlußstück ( shows an intended for connection to an unillustrated oxygen mask angular fitting ( 10 10 ), das mit einem Kugelgelenk ( ), Which (with a ball joint 11 11 ) versehen ist. is provided). Der Bogenwinkel beträgt etwa 70° Grad. The arc angle is about 70 degrees.
  • 8 8th zeigt das Anschlußstück ( shows the fitting ( 10 10 ) gemäß ) according to 7 7 entsprechend der Blickrichtung VIII in according to the viewing direction VIII in 7 7 . , Der Durchmesser an der engsten Stelle beträgt etwa 15,2 mm. The diameter at the narrowest point is about 15.2 mm.
  • 9 9 veranschaulicht, daß die engste Stelle des Anschlußstückes ( illustrates that the narrowest point of the connecting piece ( 10 10 ) einen Flächeninhalt von etwa 210 mm 2 aufweist. ) Has a surface area of about 210 mm 2.
  • Die Bedeutung einer strömungsmechanischen Formoptimierung sinkt mit der Strömungsgeschwindigkeit nichtlinear. The importance of a fluidic shape optimization does not decrease linearly with the flow rate. 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. However, the influence of a fluidically favorable form is straight in particular energy-saving, schallvermindernd and the quality of therapy increasing in the range of high ventilation pressures and high flow.
  • Weitere Untersuchungen zielten ab auf die Verminderung des Abstrahlwirkungsgrades überströmter Kanten. Further studies were aimed at reducing the Abstrahlwirkungsgrades of flooded edges. Schall entsteht an überströmten Kanten durch Umwandlung eines Teils der turbulenten Wanddruckschwankungen in ausbreitungsfähige Druckwellen. Sound is generated at overflowed edges by converting a portion of turbulent wall pressure fluctuations in evanescent pressure waves. 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. Since this process is causally to the discontinuous change in the boundary conditions at the edge, a change in line characteristics in terms of a more continuous transition from the hard wall in the free flow was also considered here as a potential solution to reduce noise.
  • 10 10 zeigt einen Strömungsweg ( shows a flow path ( 12 12 ) mit einer Hauptströmungsrichtung ( ) (With a main flow direction 13 13 ). ). In Hauptströmungsrichtung ( In the main flow direction ( 13 13 ) durchläuft die Atemgasströmung zunächst eine erste Querschnittfläche ( ), The respiratory gas flow at first passes through a first cross-sectional area ( 14 14 ) und anschließend eine zweite Querschnittfläche ( ) Followed by a second cross-sectional area ( 15 15 ). ). Die erste Querschnittfläche ( The first cross-sectional area ( 14 14 ) ist durch eine stufenförmige Verjüngung ( ) Is (by a step-shaped taper 16 16 ) in die relativ zur ersten Querschnittfläche ( ) In the (relative to the first cross-sectional area 14 14 ) kleinere zweite Querschnittfläche ( ) Smaller second cross-sectional area ( 15 15 ) übergeleitet. ) Transferred. 10 10 zeigt die bei einer derartigen Überleitung von der Verjüngung ( shows the (case of such a transition from the taper 16 16 ) erzeugten Turbulenzen ( ) Turbulence created ( 17 17 ). ).
  • In In 11 11 werden zur Vermeidung der Turbulenzen ( are (in order to avoid turbulences 17 17 ) Strömungsleitelemente ( () Flow guidance 18 18 ) verwendet. ) Was used. Die praktische Umsetzung erfolgte in Form eines in Hauptströmungsrichtung ( The practical implementation was carried out in the form of (in the main flow direction 13 13 ) ausgerichteten Bürstenansatzes an der oberen Kante. ) Aligned brush neck at the upper edge. Es wurde eine Minderung des Lärms um 2 bis 3 dB erreicht. There was achieved a reduction of noise by 2 to 3 dB. Eine Lärmminderung ist vornehmlich bei niedrigen Frequenzen zu beobachten. A noise reduction is mainly observed at low frequencies.
  • Eine Anpassung an die jeweiligen Einsatzanforderungen kann durch die Geometrie der Strömungsleitelemente ( An adaptation to the respective application requirements may (by the geometry of the flow 18 18 ) erfolgen. ) respectively. Insbesondere können die Dicke, die Dichte, die Länge und die Flexibilität variiert werden. In particular, the thickness, the density, the length and flexibility can be varied. Als bedeutend erwies sich insbesondere die biegsame Gestaltung der Strömungsleitelemente ( in particular, the flexible design of the flow was found to be significant ( 18 18 ). ).
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist auch daran gedacht, alternativ oder ergänzend zum Strömungsleitelement ( According to a further embodiment is also contemplated as an alternative or in addition (to the flow guide 18 18 ) strömungsoptimierte Abströmkanten ( ) Flow-optimized trailing edges ( 19 19 ) zu verwenden. ) to use. Als vorteilhaft erwiesen sich insbesondere Abströmkanten ( Be advantageous, in particular, proved trailing edges ( 19 19 ) aus einem porösen Material. ) Of a porous material. Ebenfalls ist es denkbar, die Strömungsleitelemente ( It is also conceivable that flow guidance ( 18 18 ) aus einem porösen oder offenporigen Material zu konstruieren. construct) of a porous or open-pore material. Idealerweise erfolgt dies in Kombination mit einer weiterhin biegsamen Gestaltung der Strömungsleitelemente ( Ideally, this is done in combination with a further flexible design of the flow ( 18 18 ). ). Die Verwendung der Strömungsleitelemente ( The use of the flow ( 18 18 ) führte experimentell zu einer Lärmverminderung von bis zu 12 db. ) Introduced experimentally in a noise reduction of up to 12 db.
  • Ein weiteres Anwendungsfeld für die Optimierung der Strömungsführung betrifft die Atemgasgenerierung und die hierfür eingesetzten Bauelemente. Another field of application for the optimization of the flow guidance concerns the breathing gas generation and the components used for this purpose. Der Rotor des Gebläses stellt die wesentlichste Schallquelle dar und zeigt eine starke Abhängigkeit von der Spaltbreite zu den Rotorbegrenzungen. The rotor of the fan is the most important sound source and shows a strong dependence on the gap width of the rotor limits. 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. By systematic reduction of the gap width (up to 85% of the initial state) was a substantial noise reduction can be achieved, which is caused in large part by the Associated with the gap narrowing lowering the outflow velocity at the trailing edge.
  • Die Abströmgeräusche an den End- und Seitenkanten und den Übergängen können durch geeignete Kantengestaltung (z. B. Bürsten, poröse Endkanten) beträchtlich gemindert werden. The Abströmgeräusche to the end and side edges, and the transitions can be considerably reduced (for. Example, brushes, porous end edges) by suitable edge configuration.
  • 12 12 zeigt die Verwendung von Strömungsleitelementen ( shows the use of flow guidance elements ( 18 18 ) im Übergangsbereich von einer ersten Querschnittfläche ( ) (From a first cross-sectional area in the transition region 14 14 ) zu einer zweiten Querschnittfläche ( ) (To a second cross-sectional area 15 15 ), wobei die zweite Querschnittfläche ( ), Wherein the second cross-sectional area ( 15 15 ) größer als die erste Querschnittfläche ( ) Is greater than the first cross-sectional area ( 14 14 ) ausgebildet ist. ) is trained. Die erste Querschnittfläche ( The first cross-sectional area ( 14 14 ) ist von einer absatzförmigen Erweiterung ( ) Is (from a shoulder-like extension 20 20 ) in die zweite Querschnittfläche ( ) (In the second cross-sectional area 15 15 ) übergeleitet. ) Transferred. Die Strömungsleitelemente ( The flow guidance ( 18 18 ) erstrecken sich ausgehend von einem Rand ( ) Extending from an edge ( 21 21 ) der ersten Querschnittfläche ( () Of the first cross-sectional area 14 14 ) in den Strömungsbereich der zweiten Querschnittfläche ( ) (In the flow area of ​​the second cross-sectional area 15 15 ) hinein. ) Into it.
  • 13 13 zeigt die Anordnung gemäß shows the arrangement according 12 12 ohne Verwendung von Strömungsleitelementen ( without the use of flow guidance elements ( 18 18 ). ). Es sind die sich hierdurch bildenden Turbulenzen ( It is the forming thereby turbulence ( 17 17 ) zu erkennen. to recognize).
  • Die Messungen des Druckabfalls unterschiedlich optimierter Beatmungsgeräte bei jeweils verschiedenem Flow ergeben spezifische Druck-Fluss-Kennlinien. The measurements of the pressure drop different optimized ventilation equipment at each different flow results in specific pressure-flow characteristics. 14 14 zeigt Druck-Fluss-Kennlinien für verschiedene Beatmungsgeräte. showing pressure-flow characteristics for different ventilators. Die horizontale Skala zeigt den Flow (Flussgeschwindigkeit) in Liter/Sekunde, die vertikale Skala zeigt den Druckverlust APPI in mbar. The horizontal scale shows the flow (flow rate) in liters / sec, the vertical scale shows the pressure loss in APPI mbar. Während der Inspiration liegen ein positiver Flow und eine positive Druckdifferenz vor, während der Expiration herrschen ein negativer Flow und eine negative Druckdifferenz. During inspiration, a positive flow and a positive pressure difference are, during expiration rule a negative flow and a negative pressure differential.
  • 14 14 zeigt, dass die Druckdifferenz sich bei einem Flow zwischen 0 und 25 l/min nicht stark ändert, sich dann mit jeder Zunahme der Geschwindigkeit aber deutlich steigert. shows that the pressure difference / min does not change greatly with a flow between 0 and 25 liters, but then significantly increases with every increase in speed. Dies ist damit zu erklären, dass die Luft bei einem niedrigen Flow bis etwa 20 l/min laminar strömt, bei höheren Flows kommt es aber zu Turbulenzen, was den Widerstand erhöht. This is explained by the fact that the air flows at a low flow to about 20 l / min laminar, but at higher flow turbulence occurs, which increases the resistance. Der Flow verändert sich mit jeder Phase eines Atemzuges. The flow changes with each phase of a breath. Bei mäßiger Ventilation liegt der Druckverlust zwischen Werten von 0 bis 10 mbar. With moderate ventilation, the pressure loss between values ​​from 0 to 10 mbar. Bei verstärkter Ventilation kann dieser Druckverlust bis zu 25 mbar ausmachen. When forced ventilation of pressure loss can be up to 25 mbar account.
  • Die verschiednen Linien in The various lines in 14 14 repräsentieren die Druck-Fluss-Kennlinien für verschieden optimierte Beatmungsgeräte. represent the pressure-flow characteristics for differently optimized ventilators.
    • a – normal a - normal
    • b – Bürsten b - Brush
    • c – Haihaut c - sharkskin
    • d – Geometrie des Anschlußstückes PI – Schlauch d - the geometry of the connecting piece PI - Tube
    • e – Bürsten + Haihaut + Geometrie des Anschlußstückes PI – Schlauch e - + brush sharkskin + geometry of the connecting piece PI - Tube
  • Der Druckverlust, bedeutet eine zusätzliche, uneffektive Atemarbeit. The pressure loss means an additional, ineffective respiratory work. Diese zusätzliche Atemarbeit muß geleistet werden vom: This additional respiratory work must be done by:
    • a) Patient a) Patient
    • b) Beatmungsgerät b) ventilator
    • c) Beatmungsgerät und Patient. c) ventilator and patient.
  • Sollte der Patient die Arbeit übernehmen müssen, droht eine frühzeitige respiratorische Erschöpfung. Should the patient need to do the work, threatens early respiratory exhaustion. 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. In the case of acquisition by the respirator this must perform additional work at a Binatmung, which can have an increased energy consumption, increased noise development and also an impaired regulation 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 expiration, the pressure in PI must be lowered so that the exhalation is not inhibited and an effective CO2 removal is possible.
  • 15 15 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zur Beatmung. shows the basic structure of a device for ventilation. Im Bereich eines Gerätegehäuses ( (In the region of a device housing 22 22 ) mit Bedienfeld ( ) (With panel 23 23 ) sowie Anzeige ( () And display 24 24 ) ist in einem Geräteinnenraum eine Atemgaspumpe angeordnet. ) Is arranged a breathing gas pump in an equipment interior. Über eine Kopplung ( (Via a coupling 25 25 ) wird eine als Verbindungsschlauch ausgebildete Verbindungsleitung ( ) Is (designed as a connecting tube connecting line 26 26 ) angeschlossen. ) Connected. Entlang des Verbindungsschlauches ( (Along the connecting hose 26 26 ) kann ein zusätzlicher Druckmeßschlauch ( ) May (a measuring hose 27 27 ) verlaufen, der über einen Druckeingangsstutzen ( ) Run, which (through a pressure inlet connection 28 28 ) mit dem Gerätegehäuse ( ) (With the device housing 22 22 ) verbindbar ist. ) Is connectable. Zur Ermöglichung einer Datenübertragung weist das Gerätegehäuse ( In order to enable a data transmission, the apparatus housing ( 22 22 ) eine Schnittstelle ( ) Comprises an interface ( 29 29 ) auf. ) on.
  • Im Bereich einer dem Gerätegehäuse ( (In the region of the device housing 22 22 ) abgewandten Ausdehnung der Verbindungsleitung ( ) Extension of the connecting line facing away from ( 26 26 ) ist ein Ausatmungselement ( ) Is an exhalation ( 30 30 ) angeordnet. ) Are arranged. Ebenfalls kann ein Ausatemventil verwendet werden. Also an exhalation valve can be used.
  • 15 15 zeigt darüber hinaus eine Beatmungsmaske ( also shows a respiratory mask ( 31 31 ), die als Nasalmaske ausgebildet ist. ), Which is formed as a nasal mask. Eine Fixierung im Bereich eines Kopfes eines Patienten kann über eine Kopfhaube ( A fixation in the area of ​​a head of a patient (a head cover 32 32 ) erfolgen. ) respectively. Im Bereich ihrer dem Verbindungsschlauch ( (In the region of the connecting tube 26 26 ) zugewandten Ausdehnung weist die Beatmungsmaske ( ) Facing expansion, the respiratory mask ( 31 31 ) ein Kupplungselement ( ) A coupling element ( 33 33 ) auf. ) on.
  • Die Oberflächenbeschichtungen können in unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden, die teilweise vorstehend bereits beispielhaft erläutert worden. The surface coatings may be produced in various methods that have already been explained partly exemplified above. Die Oberflächenbeschichtungen können durch die erläuterten Einbringungen von Partikeln erzeugt werden, es sind aber auch Bedampfungen, Kaschierungen oder Plasmabeschichtungen verwendbar. The surface coatings may be produced by the methods illustrated contributions of particles, but it is also vapor depositions, laminations or coatings usable plasma. Ebenfalls können die bereits erläuterten Verfahren zum Aufbringen von flüssigen Beschichtungen in Reinform oder verdünnt mit Lösungsmitteln zum Einsatz kommen. the methods already described for the application of liquid coatings, in pure form or diluted can also be used with solvents. Auch Oberflächenbearbeitungen, beispielsweise unter Verwendung mechanischer Mittel, Laser- oder Elektronenstrahlen sind möglich. Also, surface treatments, for example using mechanical means, laser or electron beams are possible.
  • 19 19 zeigt einen Abschnitt eines Oberflächenprofils eines modifizierten Formkörpers für ein medizintechnisches Gerät mit Erhebungen verschiedener Form, die eine Höhe bezogen auf den Untergrund von 0,1 nm bis 5000 nm aufweisen. shows a portion of a surface profile of a modified molded article for a medical device with projections of different form, having a height relative to the substrate of from 0.1 nm to 5000 nm. Der Abstand von den einzelnen Erhebungen liegt ebenfalls im Bereich von 0,1 nm bis 5000 nm. The spacing of the individual elevations is also within the range of 0.1 nm to 5000 nm.
  • Diese Erhebungen sind in verschiedenen Formen regelmäßige Strukturen bildend auf der Oberfläche angeordnet. These elevations are arranged in different shapes, forming regular structures on the surface.
  • Die Erfindung umfaßt in einer Ausführungsform beispielsweise folgende Zubehörteile die im Bereich der Beatmung eingesetzt werden können: The invention comprises, in one embodiment, for example, the following components which can be used in the field of ventilation:
    Anfeuchter ( humidifier ( 16 16 ), O2-Ventil ( () O2 valve 17 17 ), Kopfhaube, Patienten Interface (beispielsweise Maske, Nasal pillows, Tubus) Schlauch, Filter, Halterung, Kupplung, Heizung, Wechselteile, Tasche. ), Head cover, patient interface (for example, mask, nasal pillows, tube) tube, filter holder, coupling, heating, change parts, pocket. Im folgenden wird erläutert, wie die Erfindung zur Verbesserung der genannten Zubehörteile beiträgt. The following explains how the invention to improve the above components contributes.
  • Bei Beatmungsgeräten wird pro Minute ein Luftvolumenstrom von bis zu 400 l erzeugt. In ventilation equipment, an air flow of up to 400 l is generated per minute. Die Dimensionen eines Beatmungsgerätes, des Patientenschlauches und des Patienteninterface sind im wesentlichen innerhalb enger Grenzen fest vorgegeben. The dimensions of a ventilator, the patient hose and the patient interface are predetermined within narrow limits substantially. Der Energieaufwand zur Erzeugung des Luftstromes erhöht sich daher mit steigender Strömungsgeschwindigkeit überproportional. Therefore, the energy required for generating the air flow is increased disproportionately with increasing flow rate. Gleichzeitig erhöht sich die Geräuschentwicklung mit steigender Strömungsgeschwindigkeit. At the same time, the noise increases with increasing flow rate.
  • Die Verminderung der Geräuschentwicklung gemessen in 1 Meter Entfernung kann typischerweise wenigstens 5% oder wenigstens 1 dB(A) betragen. The reduction of the noise level measured at 1 meter distance may typically be at least 5% or at least 1 dB (A). Hinsichtlich einer Verminderung des erforderlichen Energiebedarfes ist insbesondere daran gedacht, daß die Verminderung wenigstens 2% beträgt. With regard to a reduction of the required energy demand is particularly contemplated that the reduction is at least 2%. Eine weitere Variante besteht darin, daß die Verminderung eines Zeitaufwandes für eine erforderliche Reinigung wenigstens 10% beträgt. A further 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. According to the invention, the frictional force of the surfaces is therefore suggested to reduce in order to save energy and / or to limit the noise. Die erfindungsgemäßen widerstandsverminderten Oberflächen bestehen aus mikroskopisch kleinen Strukturen der Oberfläche beispielsweise Rillen, die bevorzugt parallel zur Strömung des Mediums ausgerichtet sind. The resistant reduced surfaces of the invention are composed of microscopic structures of the surface, for example grooves, which are preferably aligned parallel to the flow of the medium. Bekannt sind solche Oberflächen aus der Natur, beispielsweise von der Haihaut. Such surfaces are known in nature, for example of the sharkskin. Die Oberflächenstrukturen sind so dimensioniert sein, daß sie für das strömende Medium wie eine hydraulisch glatte Oberflächen wirken. The surface structures are to be dimensioned so that they act on the flowing medium, such as a hydraulically smooth surface. Die widerstandsverminderte Wirkung besteht in einer Behinderung der turbulenten Anteile der Strömung an der Wand. The resistant reduced effect consists in hindrance of the turbulent flow of the components on the wall.
  • Bevorzugt weisen die Oberflächenstrukturen einen im wesentlichen gleichen Abstand zueinander auf, der im Bereich 100 nm–200 μm liegt. Preferably, the surface structures have a substantially same distance from one another that lies in the range 200 microns nm 100th Besonders bevorzugt im Bereich 5 μm bis 100 μm. Particularly preferably in the range 5 microns to 100 microns. Besonders bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Oberflächen eine Widerstandsverminderung im Bereich von > 1,0% auf. Particularly preferred surfaces of the invention have a reduction in resistance in the range of> 1.0%.
  • 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. The air-conducting part of a ventilator and / or the hose has according to the invention at least partially 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. To avoid drying out of the airways humidification of breathing air is typically performed. Da Patienten erwärmte Luft als angenehm empfinden und da durch eine Beheizung beispielsweise mittels eines Heizelements ( Because patients heated air as pleasant feel and there (by heating, for example by means of a heating element 35 35 ) die Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann, erfolgt typischerweise eine Beheizung eines als Flüssigkeitsreservoir ( ), The air can hold more water vapor, typically occurs a heating of a (as a liquid reservoir 36 36 ) verwendeten Wasservorrats des Befeuchtungssystems indirekt und/oder direkt beispielsweise über den metallischen Boden des Wasservorrats beziehungsweise beispielsweise mittels eines Heizstabes ( Water supply of the humidifying indirectly and / or directly (e.g., via the metallic base of the water supply, or for example by means of a heating rod) used 35 35 ) direkt im Wasser. ) Directly in the water. Ein Atemgasbefeuchter kann über eine Kopplung ( A humidifier may (via a coupling 25 25 ) extern außenseitig an ein Beatmungsgerät angeschlossen sein und/oder innerhalb eines Beatmungsgerätes angeordnet sein. ) Be external externally connected to a ventilator and / or be disposed within a respirator. Aufgrund der einzuhaltenden hygienischen Anforderungen muß der Anfeuchter zum Reinigen demontierbar sein und trotzdem eine ausreichende Abdichtung gegen das Wasser gewährleisten. Due to the hygienic requirements to be complied with the humidifier must be removable for cleaning and nevertheless ensure a sufficient seal against the water. Der Anfeuchter gliedert sich in ein, im wesentlichen luftführendes, Oberteil ( The humidifier is divided into (substantially air leading shell 38 38 ), welches auch der Verbindung von Beatmungsgerät ( ), Which (also the compound of the ventilator 22 22 ) und Verbindungsschlauch ( (), And connecting tube 26 26 ) dient, und eine Unterteil ( ) Is used, and a lower part ( 39 39 ) das den Wasservorrat aufnehmen kann. ) That can receive the water supply. Im Bereich des Oberteiles ( (In the area of ​​the upper part 38 38 ) ist eine Einfüllöffnung für Flüssigkeit ( ) Is a filling opening for liquid ( 40 40 ) mit Verschluß ( ) (With filler 41 41 ) angeordnet. ) Are arranged.
  • Im Bereich des Anfeuchters kann eine Gasleitung ( In the area of ​​the humidifier, a gas line can ( 42 42 ) angeordnet sein, die bevorzugt als Druckmeßleitung und/oder Sauerstoffzuleitung ausgebildet ist. be arranged), which is preferably designed as a pressure measuring and / or oxygen supply line. Die Gasleitung ist über eine Gaskupplung ( The gas line (through a gas coupling 43 43 ) mit dem Anfeuchter verbunden. ) Connected to the humidifier. Der Anfeuchter ist über einen Anschlußadapter ( The humidifier is (via a connection adapter 44 44 ) mit einem Verbindungsschlauch ( ) (With a connecting hose 26 26 ) koppelbar. coupled). Eine Kommunikation mit dem Beatmungsgerät ( Communication with the ventilator ( 22 22 ) kann über eine vorhandene Steckverbindung ( ) May (via an existing plug-in connection 45 45 ) zwischen dem Anfeuchter und dem Beatmungsgerät realisiert werden. ) Can be realized between the humidifier and the respirator. Im Bereich des Anfeuchters kann eine Anzeige ( In the area of ​​the humidifier, a display ( 46 46 ) positioniert werden. ) Are positioned.
  • 17 17 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Beatmungsgerätes ( shows a perspective view of a ventilator ( 22 22 ), das mit einer Kopplung ( ), Which (with a coupling 25 25 ), einem Bedienfeld ( (), A control panel 23 23 ) versehen ist. is provided). Mit der Kopplung ( (With the coupling 25 25 ) ist ein Verbindungsschlauch ( ) Is a connecting hose ( 26 26 ) verbunden, durch den sich eine Druckmeßleitung ( ) Connected, through which a pressure measuring line ( 27 27 ) hindurch erstreckt. ) Extends.
  • Außenseitig am Verbindungsschlauch ( On the outside (on the connecting hose 26 26 ) ist eine Sauerstoffleitung ( ) Is an oxygen line ( 49 49 ) verlegt, die mit einem Sauerstoff-Zuschaltventil ( ) Moved, the (with a oxygen valve 47 47 ) verbunden ist. ) connected is. Das Zuschaltventil ( The sequence valve ( 47 47 ) ist über eine Versorgungsleitung ( ) Is (via a supply line 50 50 ) an eine nicht dargestellte Sauerstoffquelle angeschlossen. ) Connected to a not shown oxygen source. Über eine Steuerleitung ( (Via a control line 51 51 ) ist das Zuschaltventil ( ) Is the sequence valve ( 47 47 ) mit einem Schnittstelle ( ) (With an interface 29 29 ) des Beatmungsgerätes ( () Of the ventilator 22 22 ) verbunden. ) connected.
  • Bei dem in In the in 17 17 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zuschaltventil ( Embodiment shown is the sequence valve ( 47 47 ) außenseitig am Beatmungsgerät ( ) On the outside (on the ventilator 22 22 ) angeordnet. ) Are arranged. Es ist jedoch ebenso daran gedacht, das Zuschaltventil in das Beatmungsgerät zu integrieren. However, it is also thought to integrate the sequence valve in the ventilator.
  • Das Sauerstoffzuschaltventil kann bevorzugt eine selbstreinigende und/oder hydrophile und/oder oleophobe und/oder reibungsarme und/oder leitende Oberfläche besitzen. The oxygen supply 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. Next Example of a patient interface is explained below. Gemäß dem in According to the in 18 18 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Patienteninterface als eine Gesichts-Maske ( Embodiment shown is a patient interface (as a facial mask 31 31 ) ausgeführt. ) Is executed. Üblicherweise ist eine Maske als ein modulartiges System ausgeführt und besteht typisch aus folgenden Bauteilen, wobei diese Aufzählung nicht erschöpfend ist: Typically, a mask is designed as a modular system, and typically consists of the following components, although this list is not exhaustive:
    Maskenkörper ( Mask body ( 52 52 ) und/oder Maskenwulst ( () And / or mask seal 53 53 ) und/oder Ausatemsystem ( () And / or exhalation 54 54 ) und/oder Kupplungselement ( () And / or coupling element 33 33 ) und/oder Gelenk ( () And / or joint 55 55 ) und/oder Stirnstütze ( () And / or forehead support 56 56 ) und/oder Halterung der Stirnstütze ( ) And / or holder of the forehead support ( 57 57 ) und/oder Stirnpolster ( () And / or forehead cushion 58 58 ) und/oder Befestigungsvorrichtung ( () And / or fastening device 62 62 ) für eine Kopfbänderung Sicherungsring und/oder Reißleine. ) For a head harness retaining ring and / or ripcord. Nicht alle einzelnen Bauteile müssen zwingend im Bereich einer Maske angeordnet sein, damit diese funktionsfähig ist. Not all of the individual components must be necessarily arranged in the region of a mask, so that it is functional.
  • Der Maskenwulst ( The mask seal ( 53 53 ) dient zur Anlage am Gesicht eines Patienten und gewährleistet die erforderliche Abdichtung. ) Serves for bearing against the face of a patient and ensures the necessary sealing. Über ein Gelenk ist der Maskenkörper mit einem Kupplungselement ( Via a hinge of the mask body (with a coupling element 33 33 ) verbunden, die zum Anschluß an einen Atemgasschlauch dient. ), Which serves for connection to a respiratory gas tube. Zur Gewährleistung einer sicheren Positionierung der Atemmaske im Kopfbereich eines Patienten wird eine Stirnstütze ( To ensure a secure positioning of the breathing mask in the head region of a patient, a forehead support is ( 57 57 ) verwendet, die mit einem Stirnpolster ( ), Which (with a forehead cushion 58 58 ) ausgestattet ist. ) Is provided. Die Stirnstütze ist über eine Halterung ( The forehead support is (via a bracket 53 53 ) mit dem Maskenkörper verbunden. ) Connected to the mask body.
  • Alternativ zu einer Maske werden verschiedene andere Patienten-Interfaces verwandt. As an alternative to a mask various other patient interfaces are used. Beispielhaft sind folgende genannt: Nasenstopfen (Nasal pillows), Tuben, Tracheostoma, Katheter. Exemplary are mentioned: nose plug (Nasal pillows), tubes, tracheostomy catheter.
  • Im folgenden werden Masken und alle Masken-Bauteile, sowie andere Patienten-Interfaces wie Nasal pillows vereinfacht unter dem Begriff Patienten-Interfaces zusammengefaßt. The following masks and all mask components, as well as other patient interfaces such as nasal pillows be simplified under the term patient interfaces summarized.
  • 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 can have surface preferably at least in sections, an antiseptic 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.
  • 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. Particularly preferred is thought patient interfaces in the region of the air flow facing side with suitable smooth plastic and / or painted surfaces and / or coated plastics and / or surfaces which have a structuring in the nanometer to micrometer-scale equipping such a way that reduced friction can be achieved.
  • Die Erfindung kann auch im Zusammenhang mit einem Filter angewendet werden. The invention can also be used in conjunction with a filter. Insbesondere bei Beatmungsgeräten, aber auch bei anderen medizintechnischen Geräten werden vor allem im Ansaugbereich der Luft Filter eingesetzt um Schwebstoffe, Staubteile, Mikroorganismen zurückzuhalten. Especially with ventilators, but also in other medical devices are used to filter particulate matter, dust, and microorganisms restrain especially in the intake air. Mit Hilfe der Filter sollen Verunreinigungen des Geräts und die Kontamination des Patienten vermieden werden. Using the filter impurities of the unit and the contamination of the patient should be avoided. Alternativ und/oder zusätzlich werden auch im Bereich zwischen Gerät und Patient beziehungsweise Anwender Filter eingesetzt, vor allem um hygienische Kontaminationen zu vermeiden. Alternatively and / or additionally be used filter in the area between the device and patient or user to avoid above all hygienic contamination. Üblicherweise werden die Filter als Steckfilter auswechselbar eingesetzt. Usually, the filters are replaceable plug filters. Auch werden sogenannte Kombinationsfilter eingesetzt, die beispielsweise als Grob- und Fein-Filter ausgebildet sein können. Also so-called combination filters are used which may be formed for example as coarse and fine filter. 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. If a filter is not regularly cleaned and / or replaced, so Retained suspended solids, dust, and microorganisms can flow resistance of the filter up to put the result that the performance of the device decrease or contaminants are directed to the patient. Filter nach dem Stand der Technik müssen häufig ausgetauscht werden, was zeit- und kostenintensiv ist. Filter by the prior art often have to be replaced, which is costly and time consuming.
  • Erfindungsgemäß ist daran gedacht, die Filter mit funktionalen Oberflächen auszurüsten. According to the invention, it is contemplated to equip the filter with functional surfaces. Dadurch wird eine längere Betriebsdauer der Filter ermöglicht, was hilft Kosten einzusparen. This allows a longer service life of the filter, which helps cut 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. Preferably, it is proposed that the filter in the region of the air flow facing side with suitable smooth plastic and / or painted surfaces and / or coated plastics and / or surfaces with texturing in the nanometer to micrometer scale in such a that hereby achieved a reduced friction can be. 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 also contemplated so-called HME (Heat Moisture exchange) equipped such that they have a reduced friction resistance and / or antiseptic and / or self-cleaning and / or oleophobic and / or photocatalyst.
  • Funktionelle Oberflächen erweisen sich auch bei Schläuchen als vorteilhaft. Functional surfaces prove to be for hoses to be advantageous. 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. In particular, in ventilation equipment, but also in other medical devices such as suction devices of a connection between the user / patient to the device tubes are mainly used in the field to conduct a medium. Üblicherweise werden die Schläuche als Steckschläuche auswechselbar eingesetzt. Usually, the tubes are replaceable plug tubes. 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. a tube is not regularly cleaned and / or replaced so Retained suspended particles, dust particles, impurities, microorganisms can flow resistance set up with the result that the performance of the device decrease or contaminants are directed to the patient. Schläuche nach dem Stand der Technik müssen häufig gereinigt und/oder ausgetauscht werden, was zeit- und kostenintensiv ist. Hoses according to the prior art must be frequently cleaned and / or replaced, which is costly and time consuming. Die Reinigung muß häufig und gründlich erfolgen, um Kontaminationen effektiv zu entfernen. The cleaning must be done frequently and thoroughly to remove contaminants effectively.
  • Erfindungsgemäß ist daran gedacht, die Schläuche mit funktionalen Oberflächen auszurüsten. According to the invention, it is contemplated to equip the hoses with functional surfaces. Dadurch wird eine längere Betriebsdauer der Schläuche bei einem gleichzeitig geringeren zeitlichen Aufwand für die Reinigung ermöglicht, was Kosten einspart. This is made possible with a simultaneously reduced time required for cleaning a longer service life of the tubes, 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. Preferably, it is proposed that tubes in the region of the air flow / fluid flow-facing side with suitable smooth plastic and / or painted surfaces and / or coated plastics and / or surfaces with texturing in the nanometer to micrometer scale in such a, way that reduced friction can be achieved. Bevorzugt ist ebenfalls daran gedacht, daß Schläuche eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweisen. Preferred is also envisioned that hoses have an electrically conductive surface.

Claims (3)

  1. 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 ( An apparatus for ventilation, which is designed as a ventilator and at least one flow path and the interconnected consists of several components, which are arranged along the flow path one behind the other and through the hindurchverläuft the flow path, characterized in that the flow resistance (each component 1 1 ) zur Erreichung eines geringen resultierenden Gesamtströmungswiderstandes aller Komponenten ( ) (To achieve a small resultant total flow resistance of all components 1 1 ) optimiert ist, wobei der Strömungsweg ( is optimized), wherein the flow path ( 12 12 ) im Bereich mindestens einer Querschnittveränderung mit Strömungsleitelementen ( ) In the region of at least one change in cross section (with flow guide 18 18 ) versehen ist und die Querschnittveränderung als absatzförmige Erweiterung ( ) Is provided and the cross-sectional change (as a shoulder-like extension 20 20 ) ausgebildet ist, die eine erste Querschnittfläche ( is formed), the (a first cross-sectional area 14 14 ) in eine zweite Querschnittfläche ( ) (In a second cross-sectional area 15 15 ) überleitet, wobei sich die Strömungsleitelemente ( ) Via passes, wherein the flow guide ( 18 18 ) ausgehend von einem Rand ( ) Starting from one edge ( 21 21 ) der ersten Querschnittfläche ( () Of the first cross-sectional area 14 14 ) in den Strömungsbereich der zweiten Querschnittfläche ( ) (In the flow area of ​​the second cross-sectional area 15 15 ) hineinerstreckt und wobei die Strömungsleitelemente ( ) Hineinerstreckt and wherein the flow guide ( 18 18 ) als Bürstenkanten oder als weiche Lamellen oder aus einem offenporigen Material gebildet sind. ) are formed as a brush soft edge or as laminations or from an open-pore material.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Komponenten ( Device according to claim 1, characterized in that at least two components ( 1 1 ) kontinuierlich ineinander übergeleitete Strömungswege aufweisen. have) continuously merge into each other directed flow paths.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg ( Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the flow path ( 12 12 ) im Bereich mindestens einer Querschnittverengung eine poröse Abströmkante ( ) In the region of at least one cross-sectional constriction (a porous trailing edge 19 19 ) aufweist. ) having.
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