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Die
Erfindung betrifft einen Kompressor für Inhalationstherapiegeräte, bei
denen mit Hilfe eines unter Druck zugeführten Gases, in der Regel mit
Hilfe von Druckluft, ein therapeutisch wirksames Fluid vernebelt
wird.
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Wie
beispielsweise in
EP
0 170 715 A beschrieben, verfügen Inhalationstherapiegeräte dieser Art
für die
Vernebelung des Fluids über
eine druckmittelbetriebene Verneblerdüse, der das Druckmittel und
das Fluid zugeführt
wird. Dabei beschreibt
EP
0 170 715 A eine Zerstäubervorrichtung,
bei der der Patient das erzeugte Aerosol über ein Mundstück einatmet.
Daneben ist bekannt, für
eine Behandlung der Nasenhöhle
das erzeugte Aerosol direkt der Nase eines Patienten zuzuführen, wobei
DE 102 39 321 B darüber hinausgehend
beschreibt, der durch das Druckmittel erzeugten und durch die Nase
verlaufenden Aerosolgrundströmung
zusätzliche
Druckschwankungen zu überlagern,
um ein Eindringen des Aerosols in die Nasennebenhöhlen zu
erreichen bzw. zu unterstützen.
Dafür sind
zwei Kompressoren erforderlich, nämlich ein Kompressor für die Erzeugung der
Druckluft und ein Kompressor für
die Erzeugung der Druckschwankungen. Beide Kompressoren wirken derart
zusammen, dass mit Hilfe des eine Verneblerdüse umfassenden Inhalationstherapiegeräts eine
Aerosolgrundströmung
mit überlagerten
Druckschwankungen erzeugt wird. Als Kompressoren werden bei Inhalationstherapiegeräten mit
Verneblerdüse
gängigerweise
elektromotorisch angetriebene Kolben- oder Membrankompressoren eingesetzt,
wie sie zum Beispiel in
DE 199
27 528 oder in
DE
102 39 321 B beschrieben sind.
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Der
Aufwand, der mit der Bereitstellung und mit der Handhabung von zwei
Kompressoren einhergeht, ist erheblich, so dass bereits vorgeschlagen wurde,
nur einen Elektromotor für
den Antrieb beider Kompressoren einzusetzen und beide Kompressoren
samt antreibendem Elektromotor in einem Gehäuse unterzubringen, wodurch
sowohl der Herstellungsaufwand verringert als auch die Handhabung vereinfacht
wird.
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Vor
diesem Hintergrund verfolgt die Erfindung das Ziel, den Aufwand
in dem oben geschilderten Bereich weiter zu reduzieren und einen
Kompressor bereitzustellen, der einerseits kompakt aufgebaut und
wirtschaftlich herstellbar ist und mit dem andererseits sowohl eine
Druckgasströmung
für die
Vernebelung eines therapeutisch wirksamen Fluids als auch Druckschwankungen
erzeugbar sind, die einer mit der Druckgasströmung erzeugten Aerosolströmung überlagert
werden können.
Daneben muss der Kompressor für
die therapeutische Anwendung auslegbar sein.
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Dieses
Ziel wird erreicht mit einem Inhalationstherapiegerätekompressor
mit
- – einem
ersten Kompressionsraum;
- – einer
Gaseinlasseinrichtung für
das Einströmen eines
ersten Gases in den ersten Kompressionsraum;
- – einer
Gasauslasseinrichtung für
das Ausströmen
des ersten Gases aus dem ersten Kompressionsraum;
- – einer
Kompressionseinrichtung, die den ersten Kompressionsraum derart
abschließt,
dass bei Bewegung der Kompressionseinrichtung das erste Gas über die
Gaseinlasseinrichtung in den ersten Kompressionsraum hinein und über die
Gasauslasseinrichtung aus dem ersten Kompressionsraum heraus gefördert wird;
- – einem
zweiten Kompressionsraum;
- – einer
Gasdurchtrittsöffnung
für das
Austreten des zweiten Gases aus dem zweiten Kompressionsraum; und
- – einer
Bewegungseinrichtung, die innerhalb eines der beiden Kompressionsräume angeordnet ist
und die mit der Kompressionsreinrichtung derart verbunden ist, dass
die Kompressionseinrichtung durch die Bewegungseinrichtung bewegbar ist.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Gestaltung
weist der Kompressor zwei voneinander getrennte Kompressionsräume auf,
von denen der eine der Erzeugung des kontinuierlichen Druckmittelstromes
für die
Erzeugung einer Aerosolhauptströmung dient,
während
der andere für
die Erzeugung der Druckschwankungen eingesetzt wird. Die gemeinsame
Kompressionseinrichtung, beispielsweise ein Kolben, wird von einem
Antrieb pendelnd bewegt, sodass durch den ersten Kompressionsraum
ein Gas gefördert
wird und über
den zweiten Kompressionsraum einem Gasvolumen Druckschwankungen
aufgeprägt
werden.
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Der
Antrieb ist erfindungsgemäß in einem Kompressionsraum
angeordnet, wodurch die Erfindung auf vorteilhafte Weise das zur
Verfügung
stehende Raumvolumen nutzt, das von dem Kompressor notwendigerweise
in Anspruch genommen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird erfindungsgemäß der Antrieb
in dem Kompressionsraum untergebracht, der für die Erzeugung der Druckschwankungen
eingesetzt wird. Diese Gestaltung ist vorteilhaft, weil der Kompressionsraum,
der für
die Erzeugung des kontinuierlichen Druckmittelstroms dient, aufgrund
der vergleichsweise hohen Drücke und
Fördermengen
besonders dicht ausgelegt werden muss. Im Gegensatz dazu ist es
einfacher, die für den
Antrieb erforderlichen Durchführungen
durch die Gehäusewand
des Kompressors in den Kompressionsraum hinein, in dem der Antrieb
angeordnet ist, dort vorzusehen, wo geringere Drücke auftreten, nämlich in
dem Kompressionsraum, in dem die Druckschwankungen erzeugt werden.
Grundsätzlich ist
aber auch die Anordnung des Antriebs in dem Kompressionsraum möglich, durch
den der Druckmittelstrom gefördert
wird, wenn eine entsprechende Dichtigkeit an Durchbrüchen und
Durchführungen, beispielsweise
der Durchführung
der Welle des Elektromotors, gewährleistet
werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert. In den Zeichnungen zeigt
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1 eine
schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels;
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2 eine
schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels;
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3 eine
schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels;
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4 eine
schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels;
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5 eine
Detailansicht einer Gaseinlasseinrichtung mit Einlassventil gemäß der Erfindung;
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6 eine
Detailansicht einer Gasauslasseinrichtung mit Auslassventil gemäß der Erfindung, und
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7 eine
Gaseintrittseinrichtung mit Gaseintrittsventil gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegerätekompressors.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
umfasst der Kompressor einen ersten Kompressionsraum 1,
der von einem Gehäuse 100 des
Kompressors umschlossen wird. In dem Gehäuse 100 ist eine Kompressionseinrichtung 4 in
Form eines Kolbens vorgesehen, der an seinem äußeren Umfang zum Gehäuse 100 hin
mit einer Dichtung 101, beispielsweise aus Teflon, ausgestattet
ist und den ersten Kompressionsraum 1 in dem Gehäuse 100 abschließt. In Bezug auf
den ersten Kompressionsraum 1 umfasst der in 1 gezeigte
Kompressor gemäß der Erfindung ferner
eine Gaseinlasseinrichtung 2, die es gestattet, dass ein
Gas, beispielsweise Umgebungsluft, in den ersten Kompressionsraum
einströmt
und die ein Ausströmen
des Gases aus dem ersten Kompressionsraum verhindert. Dazu besitzt
die Gaseinlasseinrichtung 2 ein Einlassventil, das weiter
unten noch genauer beschrieben wird. Für das Ausströmen des Gases
aus dem ersten Kompressionsraum 1 ist eine Gasauslasseinrichtung 3 in
Bezug auf den ersten Kompressionsraum 1 vorgesehen, die
es dem Gas gestattet, aus dem ersten Kompressionsraum auszuströmen und
die ein Einströmen
des ersten Gases in den ersten Kompressionsraum 1 verhindert.
Dazu weist die Gaseinlasseinrichtung 3 ein Einlassventil auf,
das weiter unten noch genauer beschrieben wird. Wird der Kolben 4 in
dem Gehäuse 100 des
erfindungsgemäßen Kompressors
hin- und herbewegt, wie durch den Doppelpfeil in 1 angedeutet
ist, wird zunächst
das erste Gas, beispielsweise Umgebungsluft, durch die Gaseinlasseinrichtung 2 in
den ersten Kompressionsraum 1 hinein gefördert und später aufgrund der
gegenläufigen
Bewegung des Kolbens 4 durch die Gasauslasseinrichtung 3 aus dem
Kompressionsraum 1 herausgefördert.
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Um
den Kolben 4 in dem Gehäuse 100 zu bewegen,
ist ein Antrieb vorgesehen, vom dem in 1 eine Bewegungseinrichtung 7 in
Form eines Pleuels 7a und einer Exzenter-Scheibe 7b gezeigt ist.
Die Exzenter-Scheibe 7b wird von einem Elektromotor (nicht
dargestellt) angetrieben, so dass die Rotationsbewegung der Exzenter-Scheibe 7b dazu führt, dass
das Pleuel den Kolben 4 in einer Pendelbewegung hin- und
herbewegt. Die Pleuelstange kann an dem Kolben 4 fest angebracht
sein, wenn die durch die Wechselwirkung des Pleuels 7a mit
der Exzenter-Scheibe 7b hervorgerufene Verkippung des Kolbens 4 in
dem Gehäuse 100 durch
die Dichtung 101 ausgeglichen wird. Andernfalls kann die
Pleuelstange auch beweglich an dem Kolben angebracht sein, wobei
dann die Dichtung 101 vorzugsweise eine sichere Führung des
Kolbens 4 in dem Gehäuse 100 gewährleistet.
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Erfindungsgemäß ist die
Bewegungseinrichtung 7 bei dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
in einem zweiten Kompressionsraum 5 angeordnet, der ebenfalls
von dem Gehäuse 100 gebildet und
von dem Kolben 4 abgeschlossen wird. Mit anderen Worten,
die Bewegungseinrichtung 4, hier der Kolben, trennt das
Gehäuse 100 des
erfindungsgemäßen Kompressors
in eine erste Kompressionskammer und eine zweite Kompressionskammer,
wobei die Kompressionseinrichtung 4 auf das Gasvolumen
beider Kompressionskammern einwirkt, wenn sie von der Bewegungseinrichtung 7 bewegt
wird.
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In
Bezug auf den zweiten Kompressionsraum 5 ist erfindungsgemäß eine Gasdurchtrittsöffnung 6 vorgesehen,
aus der ein zweites Gas, bei dem es sich auch um Luft handeln kann,
durch die Gasdurchtrittsöffnung 6 aus
dem zweiten Kompressionsraum 5 herausströmen kann,
wenn der Kolben 4 den zweiten Kompressionsraum verkleinert,
und in den zweiten Kompressionsraum 5 hineinströmen kann,
wenn der Kolben 4 den zweiten Kompressionsraum vergrößert. Dem
in dem zweiten Kompressionsraum 5 befindlichen Gasvolumen
und einem gegebenenfalls an den zweiten Kompressionsraum 5 angeschlossenen
Gasvolumen, was unten noch genauer erläutert wird, werden Druckschwankungen aufgeprägt, wenn
der Kolben 4 sich entsprechend den Doppelpfeilen in 1 hin-
und herbewegt.
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Erfindungsgemäß wird der
in 1 gezeigte Kompressor dazu verwendet einerseits
einen Druckmittelstrom für
die Erzeugung eines Aerosols zu erzeugen und andererseits Druckschwankungen
in einem Gasvolumen bereitzustellen, die einer Aerosolhauptströmung überlagert
werden können,
die mit Hilfe des kontinuierlichen Druckmittelstroms erzeugt wird.
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Um
ein Inhalationstherapiegerät
entsprechend anzuschließen,
besitzt die Gasauslasseinrichtung 3 vorzugsweise einen
Anschlussstutzen 3a, so dass beispielsweise eine Schlauchleitung
zu einer Verneblerdüse
in einem Inhalationstherapiegerät
anschließbar
ist. Ferner ist an der Gasdurchtrittsöffnung 6 der zweiten
Kompressionskammer 5 vorteilhaft ein Anschlussstutzen 6a für eine Schlauchleitung
vorgesehen, mit der die Druckschwankungen an das Inhalationstherapiegerät herangeführt werden,
um dort der Aerosolströmung überlagert
zu werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Integration
der Bewegungseinrichtung in die eine Kompressionskammer, in 1 die
zweite Kompressionskammer 5, wird ein kompakter Kompressor
realisiert, der die beiden gewünschten
Druckmittelquellen in einer Baueinheit bereitstellt. Ein einziger
Elektromotor (nicht dargestellt) ist erforderlich, um die beiden
Kompressoreinrichtungen anzutreiben, wobei vorteilhaft ausgenutzt
wird, dass der Elektromotor den Kolben 4 des erfindungsgemäßen Kompressors
mit einer Frequenz antreiben kann, durch die Druckschwankungen in
jedem therapeutisch gewünschten
Frequenzbereich erzeugt werden. Gleichzeitig wird eine ausreichende
Druckmittelströmung
mit Hilfe des ersten Kompressionsraums und der Gaseinlass- und -auslasseinrichtung 2 bzw. 3 erzeugt.
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Durch
eine geeignete Abstimmung der Materialien des Pleuels 7a und
der Exzenter-Scheibe 7b kann erreicht werden, dass ein
reibungs- und damit verlustarmer Betrieb möglich ist, ohne dass kontaminierende
Abrieb- oder Schmierstoffe in dem Kompressionsraum vorhanden sind,
der die Bewegungseinrichtung erfindungsgemäß aufnimmt. Dies ist erforderlich,
da die in dem Kompressionsraum hervorgerufenen Druckschwankungen
einer Aerosolströmung
aufgeprägt
werden, die einem Patienten zu therapeutischen Zwecken zugeführt wird.
Eine Kontaminierung muss deshalb in jedem Fall unterbleiben. Geeignete
Materialien für
das Pleuel sind verschiedene Kunststoffe. Ein geeignetes Material
für die
Exzenter-Scheibe ist Zink.
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In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kompressors
für Inhalationstherapiegeräte gezeigt,
das im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht,
so dass auf die obige Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels
Bezug genommen wird. In 2 sind deshalb auch die selben
Bezugszeichen verwendet worden. In Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels
ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
eine Gaseintrittseinrichtung 8 vorgesehen, die es gestattet,
dass kontrolliert das zweite Gas, beispielsweise Umgebungsluft,
in die zweite Kompressionskammer 5 eindringt, wenn es bei
dem mit Druckschwankungen versehenen Gasvolumen zu Abflüssen bzw.
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Verlusten
kommt. Die Kontrolle des Eintritts des zweiten Gases durch die Gaseintrittseinrichtung 8 erfolgt
beispielsweise durch ein vorgespanntes Eintrittsventil, das weiter
unten noch beschrieben wird. Kommt es bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
im Hinblick auf das mit Druckschwankungen belegte Gasvolumen zu
beabsichtigten Abflüssen
des Gases oder zu Gasverlusten, wird bei einem durch die Vorspannung
des Eintrittsventils ab einem vorgegebenen Druck sichergestellt,
dass das zweite Gas, beispielsweise Umgebungsluft, in die zweite
Kompressionskammer 5 nachströmen und den Abfluss bzw. Verlust
ausgleichen kann.
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In 3 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kompressors
gezeigt, das im Wesentlichen dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels
entspricht, so dass auf die obige Beschreibung im Hinblick auf 1 Bezug
genommen wird. In 3 wurden auch dieselben Bezugszeichen
verwendet. In Abwandlung zum ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem
Kompressor gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
als Kompressionseinrichtung 4 eine Membran vorgesehen,
die an dem Gehäuse
befestigt ist und das Gehäuse 100 in
den ersten und zweiten Kompressionsraum 1 bzw. 5 unterteilt.
Die Membran ist eingeklemmt zwischen zwei Scheiben 7c und 7d,
die als Teil der Bewegungseinrichtung 7 betrachtet werden
können.
Werden die beiden Scheiben 7c und 7d durch das
Pleuel 7a entsprechend den Doppelpfeilen in 3 hin-
und herbewegt, wird auch die Membran aus ihrer Ruhelage ausgelenkt,
so dass es zu den Kompressions- und Expansionsbewegungen in Bezug
auf die erste Kompressionskammer 1 bzw. die zweite Kompressionskammer 5 kommt.
Im übrigen
entspricht die Funktionsweise des dritten Ausführungsbeispiels vollständig dem
ersten Ausführungsbeispiel,
so dass erneut im Hinblick auf die Funktionsweise Bezug genommen
wird auf die Schilderungen im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Ferner
ist offensichtlich, dass auch die Gaseintrittseinrichtung 8,
die in Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel geschildert
wurde, bei einem Kompressor gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
vorgesehen werden kann.
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In 4 ist
ein viertes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kompressors
gezeigt, das im wesentlichen dem Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels
entspricht, so dass auf die obige Beschreibung im Hinblick auf 2 Bezug
genommen wird. In 4 wurden auch die selben Bezugszeichen
verwendet. In Abwandlung zum zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die
Gaseintrittseinrichtung 8 einen Anschluss 8a für eine Schlauchleitung,
so dass als zweites Gas ein therapeutisch oder diagnostisch wirksames
Gas der zweiten Kompressionskammer 5 zugeführt werden
kann. Auch in diesem Fall tritt das therapeutisch oder diagnostisch
wirksame Gas durch die Gaseintrittseinrichtung 8 in kontrollierter
Form zu, beispielsweise erst ab einem bestimmten Druck, was durch
ein bereits erwähntes
vorgespanntes Gaseintrittsventil bewerkstelligt werden kann.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass bei allen Ausführungsbeispielen an die Gaseinlasseinrichtung 2 ebenfalls
eine Schlauchleitung angeschlossen werden kann, die ein therapeutisch
oder diagnostisch wirksames Gas oder Gas-Luft-Gemisch zuführt, das mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Kompressors
als kontinuierliche Druckmittelströmung am Anschlussstutzen der
Gasauslasseinrichtung 3 bereitgestellt wird. Dazu umfasst
die Gaseinlasseinrichtung 2 beispielsweise einen Anschlussstutzen 2a.
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In 5 ist
beispielhaft ein Einlassventil dargestellt, das sich für die Anordnung
in der Gaseinlasseinrichtung 2 eines erfindungsgemäßen Inhalationstherapiegerätekompressors
eignet. Das in 5 beispielhaft gezeigte Einlassventil
umfasst ein Ventilelement 20, das in Bezug auf einem Ventilsitz 21 mit
einer Befestigungseinrichtung 22 derart befestigt ist, dass
es sich nur an seinem freien Ende 20a vom Ventilsitz 21 ablösen kann,
wenn das erste Gas, beispielsweise Umgebungsluft oder das oben angesprochene
Gas-Luft-Gemisch,
der Gaseinlasseinrichtung zuströmt.
Dies geschieht, wenn die Kompressionseinrichtung 4 des
erfindungsgemäßen Kompressors
in der ersten Kompressionskammer 1 einen Unterdruck erzeugt.
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Als
Gegenstück
zu dem in 5 gezeigten Einlassventil ist
in 6 ein Auslassventil dargestellt, das in der Gasauslasseinrichtung 3 des
erfindungsgemäßen Kompressors
vorgesehen ist und das ein Ventilelement 30 umfasst, das
an einem Ventilsitz 31 anliegt und von einer Befestigung 32 gehalten
wird. Erzeugt die Kompressionseinrichtung 4 in der Kompressionskammer 1 einen Überdruck,
wird das freie Ende 30a des Ventilelements 30 des
Auslassventils vom Ventilsitz 31 abgehoben, so dass das komprimierte
Gas oder Gas-Luft-Gemisch durch die Gasauslasseinrichtung 3 austreten
kann.
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In 7 ist
beispielhaft ein vorgespanntes Eintrittsventil gezeigt, das in der
Gaseintrittseinrichtung 8 vorgesehen ist, die im Bezug
auf die zweite Kompressionskammer 5 in einem erfindungsgemäßen Kompressor
vorgesehen sein kann. Das Ventilelement 80 hat eine gewölbte kreisförmige Grundform und
ist mit Hilfe eines Befestigungszapfens 82 bezogen auf
einen Ventilsitz 81 fixiert. Wenn der Unterdruck in der
zweiten Kompressionskammer 5 aufgrund der Bewegung der
Kompressionseinrichtung 4 und aufgrund von Abflüssen bzw.
Verlusten des Gasvolumens einen Wert unterschreitet, der der Vorspannung
entspricht, strömt
das zweite Gas, beispielsweise Luft oder das oben erwähnte Gas-Luft-Gemisch in die zweite
Kompressionskammer 5 nach.
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Wie
bereits eingangs erwähnt
kann die Bewegungseinrichtung 7, die in den geschilderten
vier Ausführungsbeispielen
im zweiten Kompressionsraum 5 angeordnet ist, im ersten
Kompressionsraum 1 angeordnet werden, sofern der erste
Kompressionsraum ausreichend dicht gestaltet wird. Dabei ist zu
beachten, dass die erzielten Drücke
und Fördervolumina
im Vergleich mit dem zweiten Kompressionsraum sehr viel höher sind,
so dass an die Dichtigkeit des ersten Kompressionsraums andere,
höhere Ansprüche gestellt
werden, als an die Dichtigkeit des zweiten Kompressionsraums. Sofern
die Dichtigkeit aber durch geeignete, dem Fachmann bekannte technische
Maßnahmen
gewährleistet
wird, steht der Anordnung der Bewegungseinrichtung im ersten Kompressionsraum
nichts entgegen.
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Ein
erfindungsgemäßer Kompressor
kann nicht nur in Verbindung mit Inhalationstherapiegeräten verwendet
werden, die eine Verneblerdüse
aufweisen, sondern auch mit anderen Verneblern, beispielsweise Membran-Verneblern,
wie er beispielsweise in
EP
1 304 130 A beschrieben wird. In diesem Fall wird die kontinuierliche
Druckmittelströmung nicht
zur Erzeugung des Aerosols, wohl aber zur Erzeugung einer Aerosolgrundströmung verwendet,
in dem das von dem Membran- oder Ultraschall-Vernebler erzeugte
Aerosol in die Druckmittelströmung gemischt
wird. Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Kompressors erzeugten Druckschwankungen
werden dann der so erzeugten Aerosolgrundströmung aufgeprägt.